MXPA04011922A

MXPA04011922A - Mejorar el aislamiento termico de espuma polimerica, al reducir la proporcion anisotropica celular y el metodo para su produccion.

Info

Publication number: MXPA04011922A
Application number: MXPA04011922A
Authority: MX
Inventors: Z Weekley Mitchell
Original assignee: Owens Corning Fiberglass Corp
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2005-03-31
Also published as: ATE538164T1; CN1880369A; CN1315922C; CA2486159C; TWI318224B; AU2003233528A1; JP2005528494A; WO2003102064A2; EP2348066A3; US20050192368A1; US20070142487A1; CN1656158A; EP1511795A2; US20160068648A1; CN100467523C; US20030225172A1; TW200400223A; WO2003102064A3; EP2348066A2; EP1511795B1

Abstract

La invencion se refiere a productos de aislamiento de espuma, particularmente espuma de poliestireno extrudida, con proporcion de orientacion celular en la direccion x/z de aproximadamente 0.5 a 0.97 y baja proporcion anisotropica celular.

Description

MEJORAR EL AISLAMIENTO TÉRMICO DE ESPXJMA POLIMÉRICA, AL REDUCIR LA PROPORCIÓN ANISOTROPICA CELULAR Y EL MÉTODO PARA SU PRODUCCIÓN CAMPO TÉCNICO Y APLICABILIDAD INDUSTRIAL DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a mejora del valor de aislamiento térmico (o disminuir la conductividad térmica) de tableros poliméricos de espuma rígida, al reducir la proporción anisotrópica celular y al incrementar la proporción de orientación celular, así como a los métodos de proceso para su producción. Más particularmente, se refiere a tablero de espuma de poliestireno extrudida rígido en donde se alcanza baja proporción anisotrópica celular o alta proporción de orientación celular para incrementar el valor de aislamiento térmico del tablero espumado rígido . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La utilidad de los tableros poliméricos espumados rígidos en una variedad de aplicaciones es bien conocida. Los tableros plásticos espumados rígidos se emplean extensamente como materiales de aislamiento térmico para muchas aplicaciones. Por ejemplo, los tableros de espuma polimérica se emplean ampliamente como miembros aislantes en la industria de la construcción. En el pasado, agentes atenuadores de infrarrojo se han empleado como rellenos o cargas en tableros de espuma polimérica para minimizar la conductividad térmica de material k que a su vez lleva al máximo la capacidad de aislamiento para (incrementar el valor R) para un espesor determinado (patentes de los E.U.A. Nos. 5,373,026 y 5,604,265; EP 863,175). La transferencia térmica k a través de un material aislante puede ocurrir a través de conductividad de sólidos, conductividad de gases, radiación y convección. La transferencia térmica k o factor K se define como la proporción de flujo térmico por sección transversal unitaria a la caída de temperatura por espesor unitario. En unidades de los E.U.A. , esto se define como: Btu. in hr. ft2. °F Y la unidad métrica: W k En la mayoría de las espumas poliméricas de tamaño celular convencional, esto es 0.1 a 1.5 milímetros, la reducción de conductividad térmica Je se ha observado disminuyendo el tamaño de celdas promedio. Este fenómeno se documenta en "The Thermal Conductivity of Foamed Plastics" (La Conductividad Térmica de Plásticos Espumados) Chemical Engineering Progress, Vol. 57, No. 10, pp. 55-59, de autor Richard E. Skochdopol de The Dow Chemical Co., y "Prediction of the Radiation Term in the Thermal Conductivity of Crosslinked Closed Cell Polyolefin Foams" (Predicción de Término de Radiación en la Conductividad Térmica de Espumas de Poliolefina de Celdas Cerradas Entrelazadas) J. of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, V 38, pp. 993-1004 (2000), por O.A. Almanza y colaboradores, de la Universidad de Valladolid, que aquí se incorporan por referencia. Es altamente conveniente mejorar la conductividad térmica k sin agregar aditivos o incrementar la densidad y/o el espesor del producto de espuma. Particularmente, la comunidad arquitectónica desea un tablero de espuma que tenga un valor de resistencia térmica R igual a 10, con un espesor menor a 44.45 milímetros (1.75 pulgadas) para construcción de pared de cavidad, para mantener al menos libres 25.4 milímetros (1 pulgada) del espacio de aire de la cavidad. La resistencia térmica total R, también conocida como el valor R, es la proporción del espesor t del tablero a la conductividad térmica Je.

También es altamente conveniente el producir la espuma de polímero rígida anterior que tenga propiedades retenidas o mejoradas de resistencia a compresión, estabilidad dimensional térmica, resistencia al fuego y absorción de agua. También es altamente conveniente el proporcionar la espuma de polímero rígida anterior con agentes de atenuación infrarrojos y otros aditivos de proceso tales como agentes nucleantes, pirorretardantes, barreras a gas, que tengan efectos compuestos totales en las propiedades de espuma incluyendo conductividad térmica mejorada (factor k disminuido) , y mejorado valor aislante (valor R incrementado) para determinados espesor y densidad. También es altamente conveniente el proporcionar la espuma de polímero rígido anterior con una variedad de agentes de soplado para mejorar el valor R de aislamiento térmico. Estos agentes de soplado incluyen clorofluorocarburos parcial o completamente hidrogenados (HCFC's), hidrofluorocarburos (HFC's), hidrocarburos (HC's), agua, dióxido de carbono y otros gases inertes. También es altamente conveniente el proporcionar los métodos de proceso y modificar la instalación de espumado para controlar la morfología celular: reducir la anisotropía celular e incrementar la orientación de las celdas durante el proceso de espumado, para utilizar en la producción de una espuma de polímero rígido. También es altamente conveniente el reducir el costo de un producto de espuma polimérica en una forma simple y económica. COMPRENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención, en una modalidad preferida, se refiere a productos aislantes de espuma, tales como espuma de poliestireno extrudida, con baja proporción anisotrópica celular o superior orientación celular en la dirección x/z, para mejorar el aislamiento térmico y retener otras propiedades por igual . Entre mayor pueda lograrse la orientación celular fácilmente a través de proceso y modificación de matriz/conformador. Las espumas de poliestireno de baja proporción anisotrópica o superior orientación celular de la presente invención, disminuyen tanto la conductividad térmica inicial y añejada o por el contrario, incrementan la resistencia térmica ("valor R") en comparación con celdas substancialmente redondas . En otra modalidad preferida de la presente invención, espumas poliméricas con una proporción de orientación celular menor en la dirección x/z y superior proporción anisotrópica puede lograrse fácilmente a través de modificación de proceso y/o matriz/conformador. Celdas elaboradas de esta manera tienen mejoradas propiedades de compresión con solo ligeras reducciones en conductividad térmica y valores de aislamiento R en comparación con celdas redondas. Las anteriores y otras ventajas de la invención serán aparentes de la siguiente descripción en donde una o más modalidades preferidas de la invención se describen en detalle e ilustran en los dibujos acompañantes. Habrá de contemplarse que variaciones en procedimientos, características estructurales y arreglos de partes se le pueden ocurrir a una persona con destreza en la especialidad, sin apartarse del alcance o sacrificar ninguna de las ventajas de la invención. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 ilustra una espuma rígida, de baja densidad elaborada de acuerdo con la técnica previa ; La Figura 2 ilustra una espuma rígida de baja densidad elaborada de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La Figura 3 ilustra una espuma rígida de baja densidad elaborada de acuerdo con otra modalidad preferida de la presente invención; La Figura 4 es una ilustración gráfica de 52 pruebas que muestran el valor R de aislamiento térmico contra proporción de orientación celular (x/z) del tablero de espuma rígida con varios niveles de densidad durante un periodo de 180 días, HCFC 142 b agente de soplado, 10.5 a 11.5 por ciento en peso de total de sólidos se empleó; La Figura 5 es una gráfica que muestra resultados de prueba de 39 pruebas, relacionadas a valor R contra orientación celular de tableros de espuma de poliestireno con varios niveles de densidad, durante un periodo de 180 días, BFC134a 5.5% en peso y etanol 3% en peso se emplearon como agentes de soplado para espumar estos tableros; y La Figura 6 es una gráfica, que muestra resultados de prueba de 32 pruebas, relacionados a valor R contra proporción de orientación celular de tableros de espuma de poliestireno, con varios niveles de densidad, durante un periodo de 40 días al equilibrio de difusión de gas, dióxido de carbono 3.68% en peso y etanol 1.4 % en peso, se emplearon como agente de soplado.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Y MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a productos aislantes de espuma, tales como espuma de poliestireno extrudida o expandida, que se emplean extensamente como materiales aislantes térmicos para muchas aplicaciones. Por ejemplo, tableros de espuma polimérica se emplean ampliamente como miembros aislantes en construcción de edificios. La Figura 1 ilustra una vista en sección transversal de los materiales de espuma rígida 20 elaborados de acuerdo con la técnica previa, mientras que la Figura 2 ilustra las celdas de espuma que tienen valores de aislamiento térmico mejorados elaboradas de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. La Figura 3 ilustra otro material de espuma rígida 20 elaborado de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención que tiene mejorada resistencia a compresión. Con referencia a la Figura 1, un material plástico de espuma rígida 20, típicamente un tablero de espuma, elaborado de acuerdo con la técnica previa, se ilustra que tiene una pluralidad de celdas abiertas interiores 22 y celdas abiertas exteriores 24. Cada celda abierta interior 22 se separa de la siguiente correspondiente celda abierta interior 22 y/o celda abierta exterior 24 por una columna o soporte de celda 26, que es cada celda abierta 22 comparte una columna de celda 26 con la siguiente celda abierta respectiva 22. Similarmente, cada celda abierta exterior 24 se separa de la siguiente celda abierta exterior correspondiente 24 por una columna de celda 26. Además, cada celda abierta exterior 24 se separa del ambiente exterior que circunda a los materiales plásticos de espuma rígida 20, por una pared celular 28. El espesor de la pared celular 28 es menor que el espesor de una columna de celda 26. Las celdas 22, 24 son de forma substancialmente redonda y tienen un tamaño de celdas promedio de aproximadamente 0.1 a 1.5 milímetros de diámetro. Ya que las celdas 22, 24 son substancialmente redondas, la proporción de orientación celular x/z es aproximadamente 1.0. La proporción de orientación celular simplemente es una proporción del tamaño de celdas en la dirección deseada. Por ejemplo, la orientación de celdas en la dirección de máquina (o dirección extrudida) se define como la proporción de orientación de celda x/z y en la dirección transversal de la máquina como la proporción de orientación de celdas y/z . Además, la proporción anisotrópica celular de celdas substancialmente redondas como en la Figura 1, también es aproximadamente 1.0. Aquí, la proporción anisotrópica celular a se determina como: a = z/ (x y z) 1/3 o, para fácil cálculo: a = 10?3?"1/3 (ag x'y-z) en donde x es el tamaño de celdas 22, 24 del material plástico espumado 20 en la dirección extrudida y es el tamaño de celda 22, 24 en la dirección transversal de la máquina del material 20; y z es el tamaño de celda 22, 24 en la dirección de espesor vertical del material 20. Los tamaños de celdas se miden por microscopio óptico o microscopio electrónico de exploración (SEM = Scanning Electron Microscope) ; que se observan al menos dos caras rebanadas - en el plano x/z y el plano y/z, y se caracterizan por programa de análisis de imagen. El tamaño de celdas promedio 22, 24, c se calcula por: c = (x + y + z)/3 Las Figuras 2 y 3 ilustran un material plástico de espuma rígido 20 elaborado de acuerdo con la presente invención en donde la proporción de orientación celular en la dirección x/z se altera de 1.0. Como se mostrará, el cambio en proporción de orientación celular en la dirección x/z, resulta en propiedades nuevas y únicas para los materiales plásticos de espuma rígida 20.

La Figura 2 muestra un material plástico de espuma rígida 20 que tiene celdas de espuma rígida 22, 24, elaboradas de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. Aquí, la proporción de orientación celular en la dirección x/z se incrementa sobre 1.0 a entre aproximadamente 1.03 y 2.0, mientras que aún mantiene una baja proporción anisotrópica celular entre 0.97 y 0.6. Materiales 20 elaborados de acuerdo con la Figura 2 exhiben un valor R de aislamiento térmico mejorado, disminuida conductividad térmica k, y disminuida conductividad térmica añejada sin un incremento en la cantidad de material polimérico por medida unitaria y sin un decremento substancial en resistencia de compresión. En la Figura 3, la orientación celular en la dirección x/z se disminuye entre aproximadamente 0.5 y 0.97 mientras que mantiene una proporción anisotrópica de entre 1.6 y 1.03. Materiales 20 elaborados de acuerdo con la Figura 3 exhiben un valor R de aislamiento térmico disminuido, incrementada conductividad térmica k, e incrementada conductividad térmica añejada sin un incremento en la cantidad de material polimérico por medida unitaria. Sin embargo, estos materiales 20 alcanzan un incremento en resistencia a compresión.

La composición de las columnas de las celdas 26 y las paredes de celdas 28 de las Figuras 2 y 3 puede ser cualquiera de estos materiales de polímero adecuados para producir las espumas de polímero. Estos incluyen poliolefinas , cloruro de polivinilo, policarbonatos , poliéterimidas , poliamidas, poliésteres, cloruro de polivinilideno, polimetiltetacrilato, poliuretanos , poliurea, fenolformaldehído, poliisocianuratos, fenolicos, copolímeros y terpolímeros de los anteriores, mezclas de polímeros termoplásticos , polímeros modificados con hule y semejantes. También se incluyen poliolefinas convenientes que comprenden polietileno y polipropileno, y copolímeros de etileno. De preferencia, estos polímeros termoplásticos tienen pesos moleculares promedio en peso de aproximadamente 30,000 a aproximadamente 500,000. Un polímero termoplástico preferido comprende un material de polímero alquenil aromático. Materiales de polímero alquenil aromático convenientes incluyen homopolímeros alquenil aromáticos y copolímeros de compuestos alquenil aromáticos y comonómeros etilénicamente insaturados copolimerizables . El material de polímero alquenil aromático puede además incluir proporciones menores de polímeros no alquenil aromáticos. El material de polímero alquenil aromático puede estar constituido en forma única de uno o más homopolímeros alquenil aromáticos, uno o más copolímeros alquenil aromáticos, una mezcla de uno o más de cada uno de homopolímeros y copolímeros alquenil aromáticos o mezclas de cualquiera de los anteriores con un polímero no alquenil aromático. Adecuados polímeros alquenil aromáticos incluyen aquellos derivados de compuestos alquenil aromáticos tales como estireno, alfametilestireno, parametilestireno, etilestireno, vinil benzeno, vinil tolueno, cloroestireno y bromoestireno . Un polímero alquenil aromático preferido es poliestireno . Cantidades menores de compuestos monoetilénicamente insaturados tales como C2-6 alquil ácidos y ásteres, derivados ionoméricos, y C4_6 dienos pueden copolimerizarse con compuestos alquenil aromáticos. Ejemplos de compuestos copolimerizables incluyen ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido etacrílico, ácido maleico, ácido itacónico, acrilonitrilo , anhídrido maleico, metil acrilato, etil acrilato, isobutilacrilato, n-butil acrilato, metil metacrilato, vinil acetato y butadieno. Cualquier agente de soplado conveniente puede emplearse en la práctica de esta invención. Agentes de soplado útiles en la práctica de esta invención incluyen agentes inorgánicos, agentes de soplado orgánicos y agentes de soplado químicos. Agentes de soplado inorgánicos convenientes incluyen dióxido de carbono, nitrógeno, argón, agua, aire, nitrógeno y helio. Agentes de soplado orgánicos incluyen hidrocarburos alif ticos que tienen 1-9 átomos de carbono, alcoholes alifáticos que tienen 1-3 átomos de carbono e hidrocarburos alifáticos total y parcialmente halogenados que tienen 1-4 átomos de carbono. Hidrocarburos alifáticos incluyen metano, etano, propano, n-butano, isobutano, n-pentano, isopentano y neopentano. Alcoholes alifáticos incluyen metanol, etanol, n-propanol e isopropanol. Hidrocarburos alifáticos total y parcialmente halogenados incluyen fluorocarburos , clorocarburos y clorofluorocarburos . Ejemplos de fluorocarburos incluyen fluoruro de metilo, perfluorometano, fluoruro etilo, 1 , 1-difluoroetano (HFC-152a) , 1 , 1, 1-trifluoroetano (HFC-143a) , 1,1,1,2-tetrafluoro-etano (HFC-134a) , pentafluoroetano, difluorometano, perfluoroetano, 2 , 2-difluoropropano, 1,1, 1-trifluoropropano, perfluoropropano, dicloropropano, difluoropropano, perfluorobutano y perfluorociclobutano. Clorocarburos y clorofluorocarburos parcialmente halogenados para utilizar en esta invención incluyen cloruro de metilo, cloruro de metileno, cloruro de etilo, 1,1,1-tricloroetano, 1 , 1-dicloro-l-fluoroetano (HCFC-141b) , 1-cloro-1, 1-difluoroetano (HCFC-142b) , clorodifluorometano (HCFC-22), 1 , l-dicloro-2 , 2 , 2 -trifluoroetano (HCFC-123) y 1-cloro- 1 , 2 , 2 , 2 -tetrafluoroetano (HCFC-124) , y semejantes.

Clorofluorocarburos totalmente halogenados incluyen tricloromonofluorometano (CFC-11) , diclorodifluorometano (CFC-12) , triclorotrifluoroetano (CFC-113) , 1, 1 , 1-trifluoroetano, pentafluoroetano , diclorotetrafluoroetano (CFC-114) , cloroheptafluoropropano y diclorohexafluoropropano . Agentes de soplado químicos incluyen azodicarbonamida, azodiisobutiro-nitrilo, benzensulfonhidrazida, 4,4-oxibenzen sulfonil-semicarbazida, p-toluen sulfonil semi-carbazida, azodicarboxilato de bario y ?,?'-dimetil-?,?' -dinitrosotereftalamida y trihidrazino triazina. En la presente invención, es preferible utilizar 8 a 14% en peso, con base en el peso el polímero HCFC-142b o 4 a 12% de BFC-134a con 0 a 3% de etanol . En forma alterna, 3 a 8% de dióxido de carbono con 0 a 4% de alcohol inferior, que incluyen etanol, metanol, propanol, isopropanol y butanol .

Aditivos opcionales que pueden incorporarse en el producto de espuma extrudido incluir adicionales agentes atenuadores de infrarrojo, plastificantes , productos químicos piro retardantes, pigmentos, elastómeros, auxiliares de extrusión, antioxidantes, rellenos o cargas, agentes antiestáticos, absorbentes de UV, etc. Estos aditivos opcionales pueden ser incluidos en cualquier cantidad para obtener las características deseadas del gel espumable o productos resultantes de espuma extrudidos. De preferencia, aditivos opcionales se agregan a la mezcla de resina pero pueden agregarse en formas alternas al proceso de fabricación de espuma extrudida. De esta manera, por ejemplo, en las modalidades preferidas que tienen una estructura como se ilustra en las Figuras 2 y 3 anteriores, el material plástico de espuma rígida 20 se forma de una mezcla de resina plastificada de poliestireno que tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 250,000, un agente de atenuación infrarrojo tal como asfalto especial, un agente de soplado y otros aditivos de proceso tales como un agente nucleante, productos químicos pirorretardantes, y un aditivo de barrera nano-gas .

El material plástico de espuma rígida 20 de las Figuras 2 y 3 puede prepararse por cualquier medio conocido en la especialidad tal como por un extrusor, mezclador, batidora o semejantes. La mezcla de resina plastificada que contiene el polímero termoplástico y de preferencia otros aditivos, se calienta a la temperatura de mezclado de fusión y mezcla completamente. La temperatura de mezclado de fusión puede ser suficiente para plastificar o fundir el polímero termoplástico. Por lo tanto, la temperatura de mezclado de fusión está en o sobre la temperatura de transición vitrea o punto de fusión del polímero. La temperatura de mezcla de fusión es de 200°C (392°F) a 280°C (536°F) , más preferible de aproximadamente 220°C (428°F) a 240°C (464°F) , dependiendo de la cantidad de aditivos y el tipo de agente de soplado empleado. Un agente de soplado luego se incorpora para formar un gel espumable. El gel espumable luego se enfría a una temperatura de fusión de matriz. La temperatura de fusión de matriz típicamente es más fría que la temperatura de mezcla de fusión, en la modalidad preferida, de 100°C (212°F) a aproximadamente 150°C (302°F) , y más preferible de aproximadamente 110°C (230°F) a aproximadamente 120°C (248°F) . La presión de matriz debe ser suficiente para evitar pre-espumado del gel espumable que contiene el agente de soplado. El pre-espumado involucra el espumado prematuro indeseable del gel espumable antes de extrusión en una región de presión reducida. De acuerdo con esto, la presión de matriz varía dependiendo de la identidad y cantidad del agente de soplado en el gel espumable. De preferencia, en la modalidad preferida como se ilustra en las Figuras 2 y 3, la presión es de 40 a 70 bars, más preferible alrededor de 50 bars. La velocidad de expansión, espesor de espuma por espacio de matriz está en el rango de 20 a 70, típico de aproximadamente 60. Para producir los materiales 20 de la Figura 2 que tienen una proporción de orientación celular en la dirección x/z de entre 1.03 y 2, el espacio de los labios de matriz y/o las placas conformadoras de la matriz se abre más amplio en comparación con aquellos producidos en la técnica previa como se ilustra en la Figura 1. Esto produce materiales 20 que tienen un espesor mayor que el deseado. La velocidad de línea o velocidad de extracción del transportador luego se utiliza para extraer los materiales 20 al espesor deseado. Como se describió anteriormente, materiales 20 elaborados de acuerdo con la Figura 2 exhiben un valor R de aislamiento térmico mejorado, disminuida conductividad térmica k, y disminuida conductividad térmica añejada, sin un incremento en la cantidad de material polimérico por medida unitaria y sin un decremento substancial en resistencia a compresión en comparación con materiales de celdas substancialmente redondas 20 como en la Figura 1. Por el contrario, para materiales 20 que tienen una relación de orientación celular en la dirección x/z entre 0.97 y 0.6, el espacio de los labios de matriz y/o placas conformadoras de la matriz se cierra y la velocidad de línea transportadora se disminuye en comparación con la técnica previa como se ilustra en la Figura 1 para provocar que las celdas 22, 24 crezcan en la dirección z. Como se describió anteriormente, materiales elaborados de acuerdo con la Figura 3 tienen resistencia a compresión mejorada sin un decremento substancial en valor R de aislamiento térmico, en comparación con materiales de celda substancialmente redondas 20 como en la Figura 1. Por supuesto, como reconocerán aquellos con destreza en la especialidad, otros factores empleados pueden influenciar la proporción de orientación celular en la dirección x/z. Por ejemplo, es más difícil influenciar celdas más pequeñas 22, 24 que afectar celdas más grandes 22, 24. De esta manera agentes de soplado que producen tamaños de celdas más pequeños tales como dióxido de carbono, pueden ser más difíciles para de influenciar que los agentes de soplado que producen tamaños de celdas más grandes tales como HCFC-142b. En otra modalidad preferida, una espuma de polímero de poliestireno extrudido similar al material de espuma 20 de las Figuras 2 y 3 se prepara por extrusores de husillos gemelos (de baja cizalla) con matriz plana y conformador de placa. Una tira o gránulo de poliestireno se agrega al extrusor junto con un agente nucleante, un pirorretardante y/o agente de proceso por múltiples alimentadores . En forma alterna, puede emplearse un extrusor en tándem de un solo husillo (alta cizalla) con matriz radial y un conformador radial. Los siguientes son ejemplos de la presente invención adecuados a la modalidad preferida como se ilustra en la Figura 2, y no habrán de considerarse como limitantes. Ej emplos La invención además se ilustra por los siguientes ejemplos en donde todos los tableros de espuma tuvieron espesor de 38.1 milímetros (1.5 pulgadas) y todos los valores R fueron valores R añejados 180 días, a menos de que de otra forma se indique. En los siguientes ejemplos y ejemplos de control, tableros de espuma de poliestireno rígidos se prepararon por un extrusor co-rotatorio de husillos gemelos con una matriz plana y placa conformadora . Se aplicó vacío en los procesos de extrusión para algunos ej emplos . La Tabla 1, muestra un resumen de las condiciones de proceso para el extrusor de husillos gemelos. Las resinas de poliestireno empleadas fueron 70% de poliestireno con un índice de fusión de 3 y 30% de poliestireno que tienen un índice de fusión de 18.8 (ambos de Deltech, con peso molecular, Mw aproximadamente 250,000). El índice de fusión compuesto fue alrededor de 27.43 cm (10.8 in) en el compuesto. Se utilizó hexabromociclododecano estabilizado (Great Lakes Chemical, HBCD SP-75) como agente piro retardante en la cantidad de 1% en peso del polímero de espuma sólida. TABLA 1 PARAMETRO DE OPERACION EJEMPLOS CLAVE % en peso de aditivo de 0 a 6 proceso PARAMETRO DE OPERACION EJEMPLOS CLAVE % en peso de talco 0-2 % en peso de HC 0 a 3 % en peso de BFC 134a 0 to 6 % en peso de HCFC-142b 0-12 % en peso de C02 0-5 Presión de Extrusor, pa 13000- 17000 (psi) (1950 - 2400) Temperatura de Fusión de 117-123 Matriz, °C Presión de Matriz, Kpa 5400 -6600 (psi) (790-950) Velocidad de Línea, m/hr 110-170 (6-9.5) (ft/min) Rendimiento, kg/hr 100-200 Espacio de Matriz, mm 0.4-1.8 KPa (inch) de Hg de Vacío 0-4.25 (0 a 20) Resultados de los ejemplos anteriores y ejemplo comparativo del proceso convencional con estructura de celdas redondas, se muestran en la Tabla TABLA 2 CORRIDA VALOR R DENSIDAD PROPORCIÓN NO. AÑEJADO 180 KG/M3 (PCF) ANISOTRÓPICA DÍAS K.M2/W DE CELDA (F . FT2. HR/BTU) a 428-2 1.023 32.48 0.856 (5.81) (2.03) 431-3 0.997 32 0.911 (5.66) (2) 443-2 0.97 27.52 0.888 (5.51) (1.72) 445-2 0.912 27.36 0.989 (5.18) (1.71) 448-5 0.965 24.32 0.901 (5.48) (1.52) 459-2 0.912 23.36 0.977 (5.13) (1.46) 509-8 0.895 28.8 0.888 (5.08) (1.8) 498-2 0.852 28.18 0.982 (4.83) (1.76) 191-2 0.743 50.56 1.095 (4.22) (3.16) 183-4 0.696 49.76 1.215 CORRIDA VALOR R DENSIDAD PROPORCION NO. AÑEJADO 180 KG/ 3 (PCF) ANISOTRÓPICA DÍAS K.M2/W DE CELDA (F . FT2. HR/BTU) a (3.95) (3.11) TABLE 2 (CONT. ) CORRIDA CELDA ORIENTACION CM (IN) DE AGENTE DE NO. PROMEDIO DE CELDA X/Z HG DE SOPLADOb DE VACÍO) MICRAS 428-2 272 1.36 6 1 431-3 257 1.22 6.6 1 443-2 273 1.3 12 1 445-2 250 1.08 13.5 1 448-5 260 1.26 16.4 1 459-2 256 1.02 14 1 509-8 252 1.21 12.6 2 498-2 177 1.06 13 2 191-2 279 0.39 No 3 183-4 224 0.6 No 3 Nota: Todos los especímenes tienen un espesor de 38 a 42 mm (alrededor de 1.5 pulgadas) a en donde, valor R añejado es 40 días para muestras de dióxido de carbono,-b Composiciones de agente de soplado 1: HCFC 142 b 11% en peso; 2: BFC 134a 5.5 % en peso y etanol 3% en peso; 3: dióxido de carbono 3.68% en peso y etanol 1.4% en peso Tratamientos de datos más completos de estas prueban se ilustran en la Figura 4 como una ilustración de 52 pruebas que presentan el valor R de aislamiento térmico contra orientación de celdas del tablero de espuma rígida con varios niveles de densidad, durante un periodo de 180 días, agente de soplado HCFC 142 b, 10.5 a 11.5 por ciento en peso de total de sólidos se empleó, que muestra un incremento en valor de R de 6 a 12% al cambiar la orientación celular de 0.9 a 1.3 para un tablero de espuma con una densidad de 25.63 kg/m3 (1.6 pcf) . La Figura 5 es una gráfica, que muestra resultados de prueba de 39 pruebas, relacionada a valor R contra orientación celular de tableros de espuma de poliestireno con varios niveles de densidad, durante un periodo de 180 días, BFC 1 34a 5.5% en peso y etanol 3% en peso se emplearon como agente de soplado para espumado de estos tableros, que muestra un incremento en valor de R de 5 a 10% al cambiar la orientación celular de 0.0 a 1.3 para un tablero de espuma con densidad de 25.631 g/m3 (1.6 pcf) . La Figura 6 es una gráfica que muestra resultados de prueba de 32 pruebas, relacionada al valor R contra, la orientación celular- de tableros? de espuma de poliestireno con varios niveles de densidad, sobre un periodo de 40 días a un equilibrio de difusión de gas, dióxido de carbono a 3.68% en peso y etanol 1.4% en peso se utilizaron como agente de soplado, que muestra un incremento en valor R de 4 a 8%, al cambiar la orientación celular de 0.7 a 0.9 para un tablero de espuma con densidad de 48.06 kg/m3 (3 pcf) . Con base en los datos de prueba de todas estas pruebas a partir de un cálculo de regresión multi-variable, se obtiene el valor R contra orientación celular (o Proporción Anisotrópica Celular) como se ilustra en las Figuras 4, 5 y 6, y que muestra un incremento de valor R de 3 a 12% al incrementar la orientación celular 0.1 a 0.3 en comparación con valores R proyectados de la misma estructura celular, sin cambio en morfología celular de espumas poliméricas con diferentes densidades de espuma.

Mientras que la invención se ha descrito en términos de modalidades preferidas, se entenderá por supuesto que la invención no se limita a las mismas, ya que pueden realizarse modificaciones por aquellos con destreza en la especialidad, particularmente a la luz de las enseñanzas anteriores .

Claims

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REIVINDICACIONES 1. Un material de espuma polimérico, caracterizado porque comprende: un polímero que tiene un peso molecular promedio en peso de entre aproximadamente 30,000 y 500,000; y un agente de soplado; en donde la proporción de orientación celular de material de espuma polimérica en la dirección x/z es de aproximadamente 0.5 a 0.97 y el rango de proporción anisotrópica de 1.6 y 1.03. 2. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste de agentes atenuadores de infrarrojo, plastificantes , productos químicos pirorretardantes, pigmentos, elastómeros, auxiliares de extrusión, rellenos o cargas antioxidantes, agentes antiestáticos y absorbentes de UV.
3. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el polímero es un polímero termoplástico .
4. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el polímero es un polímero alquenil aromático. 29
5. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el polímero alquenil aromático es poliestireno.
6. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los agentes de soplado comprenden HCFC's, BFC's, HC's, dióxido de carbono y otros gases inertes.
7. Un material de espuma polimérica caracterizado porque comprende: un polímero que tiene un peso molecular promedio en peso de entre aproximadamente 30,000 y 500,000; y un agente de soplado; en donde la proporción de orientación celular del material de espuma polimérica en la dirección x/z es de aproximadamen e 1.03 a 2.0 y el rango de relación o proporción anisotrópica es de 0.97 y 0.6.
8. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque además comprende uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste de agentes de atenuación de infrarrojo, plastificantes, compuestos químicos pirorretardantes , pigmentos, elastómeros, auxiliares de extrusión, rellenos o cargas antioxidantes, agentes antiestáticos y absorbentes de UV. 30
9. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el polímero es un polímero termoplástico .
10. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque el polímero es un polímero alquenil aromático.
11. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el polímero alquenil aromático es poliestireno .
12. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque los agentes de soplado comprenden HCFC's, BFC's, HC's, dióxido de carbono y otros gases inertes.
13. Un método para mejorar valores R de aislamiento térmico de espumas de polímero rígido utilizadas en productos de aislamiento, que comprende incrementar la proporción de orientación celular en la dirección x/z de los materiales de espuma polimérica rígida entre aproximadamente 1.03 y 2.0.
14. Método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque incrementar la proporción de orientación celular en la dirección x/z de las espumas de polímero rígido comprende: proporcionar un dispositivo capaz de producir el material de espuma de polímero rígido; introducir una 31 resina polímero termoplástico al dispositivo; calentar la resina de polímero termoplástico sobre su temperatura de transición vitrea y punto de fusión; incorporar uno o más agentes de soplado en la resina de polímero termoplástico a una primer temperatura para formar un gel, la primer presión es suficiente para evitar pre-espumado del gel; enfriar el gel a una temperatura de fusión de matriz; y extruir el gel a través de un espacio de matriz del dispositivo, a una región de menor presión de matriz tal que el gel crece más rápido en una dirección x respecto a una dirección z, para formar el material de espuma de polímero, en donde la dirección x se define como la dirección de extrusor del material de espuma de polímero y en donde la dirección z se define como la dirección de espesor vertical del material de espuma de polímero.
15. Proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porgue el dispositivo comprende un extrusor, un mezclador o una batidora.
16. Proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el gel crece más rápido en la dirección x respecto a la dirección z, al incrementar la velocidad de expresión de línea del dispositivo a través del espacio de matriz a un espesor de espacio de matriz constante mientras que se mantiene 32 una densidad de película constante del material de película polimérica.
17. Proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque el gel crece más rápidamente en la dirección x respecto a la dirección z al incrementar el ancho de espacio de matriz a una velocidad de extracción de línea constante del dispositivo mientras que se mantiene una densidad de película celular del material de película polimérica.
18. Proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque introducir un material de polímero termoplástico al dispositivo comprende introducir un polímero alguenil aromático al dispositivo.
19. Proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque incorporar uno o más agentes de soplado comprende incorporar uno o más agentes de soplado en la resina de polímero termoplástico a una primer presión para formar un gel, la primer presión es suficiente para evitar pre-espumado del gel, el uno o más agentes de soplado comprenden parcial o completamente hidrogenados HCFC's, HFC's, HC's, dióxido de carbono, otros gases inertes y sus mezclas. 33
20. Proceso de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque introducir una resina de polímero termoplástico al dispositivo comprende introducir una resina de polímero termoplástico al dispositivo, la resina de polímero termoplástico tiene un peso molecular promedio en peso de entre aproximadamente 30,000 y 500,000.