MXPA98009300A - Hoja de espuma de poliestireno para articulos formados por embuticion profunda, y los articulos deembuticion profunda eleborados de la misma - Google Patents

Abstract

Se describe una hoja (A) de espuma de poliestireno para el termoformado de artículos de embutición profunda. La hoja de espuma de poliestireno contiene de 0.5 a 15 por ciento en peso de un componente de hule, de 0.5 a 2.0 por ciento en peso de un agente de nucleación, tiene un espesor uniforme de 0.16 cm (0.060 pulgadas) a 0.64 cm (0.250 pulgadas) con una tolerancia de +- 0.254 cm (0.10 pulgadas), una densidad en el rango de 0.07 g/cm3 (4 libras/pie cúbico) a 0.29 g/cm3 (18 libras/pie cúbico) y un tamaño de celda promedio de 0.12 a 0.34 mm. Opcionalmente, una o más películas (22) pueden ser recubiertas por extrusión o laminadas a la hoja de espuma antes del termoformado. Los artículos de embutición profunda resultantes tienen relaciones de estirado mayores de 1.0, tienen buena capacidad de aislamiento térmico con una apariencia atractiva.

Description

HOJA DE ESPUMA DE POLIESTIRENO PARA ARTÍCULOS FORMADOS POR EMBUTICIÓN PROFUNDA, Y LOS ARTÍCULOS DE EMBUTICIÓN PROFUNDA ELABORADOS DE LA MISMA.

CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a una hoja de espuma de poliestireno empleada para artículos termoformados por embutición profunda, y a los artículos termoformados o formados térmicamente por embutición profunda elaborados de la hoja de espuma de poliestireno. Más particularmente, lar invención se refiere a una hoja de espuma de poliestireno que tiene características de grosor, densidad y tamaño celular particulares, que hacen a la hoja de espuma adecuada para artículos formados térmicamente o termoformados por embutición profunda ya sea en una extrusión convencional de espuma de dos etapas y operación de termoformado o formación térmica o en una operación continua sin disminuir la efectividad de la hoja de espuma.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR Las resinas de espuma de poliestireno han sido usadas ampliamente para fabricar materiales de envasado tales como tazas, tubos tazones, bandejas y artículos similares. Un método de elaboración de tales artículos de espuma de poliestireno involucra el preformado de un material de hoja de espuma de poliestireno utilizando técnicas bien conocidas de extrusión de termoplásticos. La hoja de espuma de poliestireno es subsecuentemente precalentada y colocada en moldes divididos a la mitad en parejas macho y hembra, los cuales, como se aprecia, presionan y forman la hoja en la forma del producto deseado. Un dispositivo alterno de formación el cual puede ser empleado para hojas plásticas termoformadas o formadas térmicamente incluye la termoformación en vacío. Un vacío se aplica debajo de la hoja precalentada a ser formada causando presión atmosférica o introduce un soplo de aire para empujar la hoja hacia abajo o hacia el contacto con el molde. Como la hoja contacta o toca al molde se enfría y se coloca en la configuración deseada. Usualmente aquellas áreas del material de hoja las cuales alcanzan el último miembro del molde vacío son las más delgadas, teniendo que ser embutidas por una extensión mucho mayor que el resto del material a ser formado. Otras técnicas de termoformados o formación térmica previas incluyen con ello una técnica de termoformado o formación térmica de dos etapas, utilizando un miembro obturador, solamente se preforma parcialmente una hoja de plástico precalentada en una configuración deseada y, después de la etapa de preformación, la etapa de termoformación o formación térmica se completa con ello los miembros de los moldes de pareja comienzan juntos a formar el artículo del acabado deseado. La Patente Norteamericana No. 3,825,166 describe tal método de formado. Aunque estas técnicas son empleadas para la~ formación de hojas de espuma de poliestireno en artículos de poca profundidad relativamente, tales como tazones y vasijas, una limitación de las prácticas de la técnica anterior ha sido la incapacidad para fácilmente formar artículos, tales como tazas, las cuales tienen una relación de amplitud a profundidad mayor o superior a 1.0. Las relaciones de embutición mayores que 1.0 son conocidas en la técnica como "embuticiones profundas". Un alcance convencional para la elaboración de embutición profunda, de artículos similares a las tazas han utilizado camas de resinas termoplásticas expandibles. Las camas termoplásticas son introducidas en la cavidad del molde, y luego son calentadas de manera que las camas se expandan y se fusionen juntas en un artículo sólido. Debido a que la fusión mutua de las camas es débil, sin embargo, el artículo acabado tiene una fuerza reducida y tensión de agua reducida, resultando en un artículo que puede ser fácilmente estrujado o puede vertirse o escurrirse. Otro alcance para elaborar tazas por embutición profunda es formar separadamente las paredes laterales y las partes inferiores de las tazas y luego las piezas que juntas forman el artículo. Tales artículos sin embargo, padecen de la tensión de agua reducida debido a su construcción de piezas juntas. La Patente Norteamericana No. 3,969,173 ilustra tales artículos. En vista de estas desventajas con la técnica anterior, la técnica ha sido buscada por una forma para elaborar sucesivamente los artículos por embutición profunda similares a las tazas por la termoformación o formación térmica de artículos como una pieza unitaria a partir de una sola hoja de espuma. En la Patente Norteamericana No. 4,528,221 se describe una hoja de espuma de poliestireno adecuada para la termoformación o formación térmica en recipientes, tales como tazas y vasijas. La hoja de espuma podrá tener una resina de poliestireno como la resina base, 1-30% (por ciento) de un componente elástico y 1-20% de un componente rellenador. Además, la hoja de espuma podrá tener una densidad de volumen de 0.13-0.7 g/cm3 (gramos/centímetro cúbico) (8.12-43.7 libras por pie cúbico), una relación de estiramiento menor que 1.25 y una cantidad de agente de soplado residual menor que 0.3 mole/kg (moles de agente de soplado/kilogramo) . De conformidad con la patente, la hoja de espuma de poliestireno es adecuada para los artículos de termof rmación o formación térmica por embutición profunda, tales como tazas. Sin embargo, ninguno de los ejemplos elaborados en la patente emplean una relación de embutición superior que 1.0. Preferentemente, los artículos elaborados en los ejemplos todos tienen relaciones de embutidos menores que o igual a 1.0. La hoja de espuma de poliestireno desarrollada aquí por lo tanto no sugiere los requerimientos para una aplicación sucesiva y eficiente para artículos de espuma termoplásticas de baja densidad por embutición muy profunda.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En consecuencia, es un objeto de esta invención, proporcionar una hoja de espuma de poliestireno la cual pueda ser eficientemente formada en artículos por embutición muy profunda. Otro objeto de la presente invención es proporcionar una hoja de espuma de poliestireno la cual pueda ser termoformada en artículos por embutición muy profunda en una extrusión continua y operación de termoformado sin disminuir la actividad de la hoja espuma antes de la termoformación. Otro objeto de la presente invención es-proporcionar un articulo termoformado por embutición muy profunda elaborado como un articulo unitario a partir de la hoja de espuma de poliestireno. Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar un articulo termoformado por embutición muy profunda que tiene una fuerza superior, resistencia al estrujado, y propiedades de aislamiento. Estos y otros objetos de la presente invención son alcanzados por una hoja de espuma de poliestireno que comprende una resina de poliestireno la cual contiene 0.5 a 15% en peso de un componente elástico, basado en la resina de poliestireno, con la hoja de espuma que tiene un espesor de 0.060 a 0.250 pulgadas con una desviación no mayor que ± 0.010 pulgadas, una densidad de 4 a 18 libras/pie3, y un tamaño celular promedio de 0.12 a 0.34 mm. También se describen los artículos por embutición profunda elaborados por la termoformación de la hoja de espuma de poliestireno.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista seccional de un par de moldes macho/hembra usados para formar un artículo termoformado por embutición muy profunda, en este ejemplo una taza. La Figura 2 es un articulo por embutición muy profunda, una taza, formada usando el par de moldes de la Figura 1.

La Figura 3 es una vista de sección transversal de las paredes laterales de la Figura 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La hoja de espuma de poliestireno de la presente invención exhibe excelente y consistente formabilidad cuando se usa para embutición profunda. Es adecuada particularmente para producir partes similares a tazas formadas por embutición muy profunda que tienen una fuerza deseada y una relación de embutido (b/a, en donde b es la profundidad y a es el diámetro ampliado) mayor que 1.0. Las. características críticas de la hoja de espuma de poliestireno son su grosor uniforme, tamaño celular de la espuma, y densidad de la espuma. Se ha encontrado que aún en variaciones menores en cada parte de la hoja dé" espuma cualquiera de estas tres características pueden conducir a dificultades en el proceso de termoformado. La profundidad del embutido, el área mayor de superficie que podrá ser acomodada por el área de la hoja de espuma de tamaño entre el obturador y la cavidad en el proceso de termoformado. En consecuencia, las aberraciones en el grosor, tamaño celular, y densidad pueden resultar en el rasgado de la hoja, escasa formabilidad en el formador, y baja producción debido al exceso de fragmentos. El grosor de la hoja de espuma es de 0.060 a 0.250 pulgadas. Si el grosor es menor que 0.060 pulgadas, la hoja de espuma no puede ser de embutición muy profuda y la parte formada resultante no es suficiente en fuerza de - compresión. Si el grosor excede 0.250 pulgadas, la formabilidad y economía llegan a ser escasas; particularmente es difícil balancear el grosor de las paredes laterales y el grosor de la parte inferior de las paredes. El grosor preferido (incluyendo cualquier película de resina no espumosa) será al menos parcialmente dependiente en el artículo termoformado por embutición profunda. El grosor por sí de la hoja de espuma de poliestireno, aún importante, no es una característica crítica debido a que la hoja de espuma de diferente espesor ha sido usada para producir artículos por embutición profunda. Preferentemente, es la uniformidad del grosor- una característica crítica. Además, la tolerancia o desviación del grosor de la hoja de espuma deseada deberá ser de ± 0.010 pulgadas. Esto es, el grosor de la hoja de espuma no deberá ser de más de 0.010 pulgadas mayor o menor que el grosor deseado de la hoja de espuma. Las desviaciones de grosor en la hoja de espuma mayor que la tolerancia pueden resultar en una pérdida de la uniformidad en el grosor de las paredes laterales. Varias desviaciones de grosor pueden resultar en una incapacidad para termoformar el artículo debido a una pérdida del material en el molde. La uniformidad del tamaño celular promedio de la espuma es una segunda característica crítica de la hoja de espuma de la presente invención. El tamaño celular promedio podrá estar en el rango de 0.12 a 0.34 mm. Preferiblemente, el tamaño celular promedio está dentro del rango de 0.16 a 0.30 mm, y más preferiblemente dentro del rango de 0.16 a 0.26 mm. El tamaño celular promedio está determinado por el corte de una parte plana de dos planos perpendiculares del espécimen de la espuma y el conteo del número de paredes celulares a lo largo de lmm de línea en cuadrícula en ambas direcciones horizontal y vertical. Se agrega el número de paredes celulares contadas en ambas direcciones, y la suma se divide entre dos para obtener el conteo de células promedio. El tamaño celular promedio en mm puede entonces ser determinado por el conteo de células-promedio usando una gráfica bien conocida por aquellos en el mercado. La carencia de uniformidad en el tamaño celular promedio puede resultar en una pérdida de la uniformidad en el espesor de las paredes laterales del artículo termoformado. La carencia de uniformidad puede también resultar en la elongación celular, la cual puede conducir al rasgado en frío. La uniformidad en la densidad de la hoja de espuma es una tercer característica de la hoja de espuma de la presente invención. La hoja de espuma deberá tener un volumen de densidad de 4 a 8 libras/pie cuadrado, más preferiblemente de 7 a 14 libras/pie cuadrado, y más preferiblemente de 8 a 12 libras/pie cuadrado. Densidades superiores requieren más resina y más calor para su formado, resultando en un costo incrementado. Si el volumen de densidad es inferior que 4 libras/pie cuadrado, la hoja de espuma es insuficiente en fuerza, resultando en un artículo que tiende a carecer de precisión dimensional. La hoja de espuma de poliestireno de la presente invención se compone principalmente de resina de poliestireno, y también contiene de 0.5 a 15% de peso (basada en el peso de poliestireno) de un componente elástico. Preferiblemente la hoja de espuma contiene de 0.5 a 10 % en peso de un componente elástico, más preferiblemente la hoja de espuma contiene 0.5 a 5% en peso-de un componente elástico. La resina de poliestireno que comprende la hoja de espuma de poliestireno de esta invención incluye polímeros elaborados hasta de monómeros de vinilo de tipo estireno tales como estireno, metilestireno, y di etilestireno, y también incluye copolímeros elaborados hasta de monómeros de vinilo de tipo estireno y otros monómeros de vinilo tales como ácido acrílico, ácido metacrílico o éster del mismo, acrilonitrilo, acrilamida, metacrilonitrilo, y anhidrido maléico. La hoja de espuma de poliestireno de la invención puede ser preparada por la composición de la resina de la espuma de extrusión elaborada hasta de una resina de poliestireno y las cantidades requeridas específicas del componente elástico y, si se requiere, un rellenador. El componente elástico puede incluir elástico de butadieno, elástico de etilen-propileno, elástico de estireno-butadieno, y polietileno. Cuando se usa el componente elástico como un componente de copolímero incluye tales monómeros como butadieno, isopreno, y clorofreno y oligómeros del mismo. Se copolimerizan a una relación molar predeterminada con resina de poliestireno. (En el caso en donde un copolímero se usa como la resina de poliestireno, el copolímero que contiene el componente elástico llega a ser un terpolímero) . Preferidos para esta invención son" aquellos poliestirenos de alto impacto que utilizan un copolímero de estireno/butadieno como el componente elástico. El componente elástico anterior puede ser agregado directamente pero está usualmente contenido en un poliestireno de alto impacto el cual es luego mezclado con un homopolímero de poliestireno. El poliestireno de impacto deberá tener un por ciento de peso elástico de 1-15 por ciento en peso, preferiblemente de 1-10 por ciento de peso de base elástica, en el componente elástico, tal como polibutadieno. El tamaño de la partícula elástica es aproximadamente de 0.2 micrones. Preferiblemente el por ciento en peso elástico está entre siete y diez. El peso promedio del peso molecular Mw deberá estar entre 100,000 y 300,000, y preferiblemente entre 150,000 y 200,000. La distribución molecular, M„/Mn, deberá estar entre 2.7 a 2.9. Una hoja de espuma preferida es una mezcla de treinta por ciento de un poliestireno de impacto y setenta por ciento de un homopolímero de poliestireno de propósito general con un peso molecular promedio de aproximadamente 325,000 y una relación de flujo de fusión de aproximadamente 1.5 gramos/10 minutos, tal como por ejemplo, STYRON 685D, disponible de The Dow Chemical Company. Más preferiblemente la hoja de espuma tiene veinte porciento del poliestireno de impacto con el resto siendo'" un poliestireno de propósito general. Si el contenido del componente elástico es menor que 0._ por ciento (0.5% en peso), la hoja de espuma resultante no es adecuada para producir partes por embutición muy profunda. Las tazas producidas de tal hoja carecen de fuerza y tienden a romperse en el borde. Sin embargo, tal hoja es insuficiente en elongación y en productividad. De otra manera, si el contenido del componente elástico excede del quince por ciento (15 %), no hay beneficio adicional en los artículos termoformados por embutición muy profunda.

Un agente nucleado es efectivo en el mejoramiento de la apariencia y la precisión dimensional y estabilidad de la parte formada debido a su efectividad en el control del tamaño celular. Mientras no se requiera absolutamente, el uso de un agente nucleado es preferido cuando se elabora la hoja de espuma. Si el contenido del agente nucleado es también menor, puede ser difícil el control del gas adecuadamente y las características celulares, y consecuentemente controlar el grosor y la consistencia de la hoja de espuma y la parte termoformada. De otra manera, si el contenido del agente nucleado es excesivo, la hoja de espuma resultante es insuficiente en elongación al tiempo de formado. El' contenido del agente nucleado en la presente invención, si se requiere es de 0.2 a 2.5 % en peso, y preferiblemente el contenido del agente nucleado es de 0.5 a 2.0% en peso. Más preferiblemente el contenido del agente nucleado es de aproximadamente 1.6 por ciento en peso basado en el peso total de la resina. Ejemplos comunes de agentes nucleados incluyen talco, hidrocerol, un ácido cítrico y carbonato, producto obtenido de Ingelheim (CF40 S) , carbonato de calcio, ceniza volcánica, yeso, carbón negro, carbón blanco, carbonato de magnesio, arcilla, sílice natural, y otros rellenadores inorgánicos comunes y metales en polvos.

La hoja de espuma de esta invención se produce por el mezclado de poliestireno de impacto, el poliestireno de propósito general, y el agente nucleado luego de la extrusión de espuma de la hoja. Preferiblemente, el mezclado se lleva a cabo en un tornillo extrusor para asegurar que los materiales a ser formados estén bien mezclados. El mezclado uniforme ayuda a asegurar la uniformidad en el tamaño celular promedio. Un agente de soplado volátil en el rango de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 10% en peso en base al peso total de la composición, preferiblemente de aproximadamente 1.8% en peso, se añade a la espuma de extrusión de la hoja. Los ejemplos del agente de soplado volátil incluyen-hidrocarburos que tienen un punto de edullición de - 40 grados a 45 grados C (centígrados) , tales como propano, butano, isopentano y pentano; y agentes de soplado de polifluorocarbonos, tales como 1, 1-difluoroetano (HFC-152a); 1, 2-difluoroetano (HFC-152) ; 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HCF-134a) ; 1, 1, 2, 2-tetrafluoroetano (HCF-134); 1, 1, 1-trifluoroetano (HCF-143a) : y 1,1,2-trifluoroetano (HFC-143) ; pentafluoroetano (HFC-125) , (HFC-152a) y (HFC-134a) , y (HFC-152a) ; agentes de soplado de clorofluorcarbono y hidroclorofluorocarbono, tales como clorodifluorometano (HCFC-22), diclorodifluoromenta (CFC-12) y triclorofluorometano (CFC-11) . Por supuesto, nitrógeno, dióxido de carbono, otros gases inertes, hidrocarburos y agentes de soplado químicos pueden ser usados en conjunto con los agentes de soplado de polifluorocarbono . El butano, pentano y (HCF-152a) son los agentes de soplado preferidos. El butano es el agente de soplado más preferido. Si el butano es usado solo como el agente de soplado, el contenido del agente de soplado más preferido es de 1.8 partes por 100 partes del material mezclado. El agente de soplado puede ser introducido en el extrusor de cualquier forma convencional en la técnica. Después del formado de la hoja de espuma, preferiblemente las células de la espuma son~ substancialmente completamente llenadas con aire, elaborando la hoja de espuma producida adecuadamente para aplicaciones en contacto con alimentos. La hoja de espuma, después de ser extruida inicialmente, es luego tomada hasta sobre tensión, usualmente al ser enrollada en un rodillo. La orientación biaxial toma lugar en el caso en donde se usa un molde circular. En tal caso la hoja de espuma es usualmente cortada en tiras y colocada en extensión todavía aún bajo tensión antes de ser enrollada en un rodillo. El balance incorrecto excesivo de la orientación entre la dirección de la máquina y la dirección transversa (esto es, mayor que 10%) deberá evitarse debido a su detrimento en la fuerza del producto final. La hoja de espuma de poliestireno además preparada, proporciona partes formadas satisfactoriamente, debido a que su grosor, densidad y tamaño celular promedio está uniforme y controlado. La hoja de espuma de poliestireno que contiene 0.5 a 15% del componente elástico es superior en elongación cuando se calienta para artículos formados por embutición profunda. Mientras no se requiera, es deseable laminar o cubrir la extrusión de una película de serina termoplástica sin espuma en al menos una superficie de la hoja de espuma a fin de mejorar la fuerza de compresión, la impresión y-las propiedades de barreras del gas químico de la parte termoformada resultante. Esta película de resina sin espuma es usualmente una película gruesa de 0.001 a 0.020 pulgadas de resina termoplástica. Esta película puede ser laminada o cubierta de extrusión en una o ambas superficies de la hoja de espuma de cualquier modo convencional. La resina termoplástica para la película sin espuma incluye, por ejemplo, poliestireno, polietileno, poliestireno de alto impacto el cual es una mezcla o copolímero de poliestireno y pegamento, polipropileno, y tereftalato de polietileno. Preferiblemente entre ellos de los puntos iniciales de la formabilidad son poliestirenos de alto impacto y polietileno de alta densidad; más preferible es el poliestireno de alto impacto. Un grosor de película preferible es 0.003 a 0.015 pulgadas. La película termoplástica sin espuma puede ser eliminada en la hoja de espuma de varias formas. Por ejemplo, la película termoplástica puede ser eliminada en la hoja de espuma en un molde por el uso de un molde de coextrusión (por ejemplo, molde de cabeza transversal) . De otra forma, la hoja de espuma y la película extruída a partir de los moldes separados puede ser laminada continuamente, o la película termoplástica extruída previamente puede ser laminada en la hoja de espuma. La laminación puede llevarse a ca. con un adhesivo por enlace" o unión por fusión. Una variedad de adhesivos pueden ser usados para laminación, por ejemplo, copolímero EVA y SBR en la forma de solución, emulsión o película. El artículo el cual está específicamente descrito en esta aplicación es una taza de embutición profunda comúnmente utilizada para contener fluidos calientes y prevenir la irritación en el fondo del mismo. Por supuesto, el artículo y los procesos de la invención son igualmente aplicables para uso con fluidos fríos. Tales tazas pueden ser elaboradas en tamaños estándares, tales como 6, 8, 12 y 16 onzas, y aún tamaños mayores. La taza termoplástica celular de espuma, puede ser opcionalmente proporcionada con una capa de cubierta desinficada no porosa en la superficie interior, y opcionalmente una superficie desinficada exterior, y un núcleo celular de baja densidad. El borde puede ser enrollado interiormente por equipo conveniente enrrollador de bordes, tal como enrolladores de bordes de tornillos helicoidales actualmente de uso común. El alcance convencional para la elaboración de artículos formados de espuma o termoplásticos celulares es un proceso de dos etapas. En el primer etapa, la cobertura de espuma es extruída y colectada en rodillos. En este punto, uno puede laminar una o más películas en la cobertura de espuma. Los rodillos son luego almacenadosr hasta la segunda etapa, la cual emplea una máquina convencional de termoformado para recalentar el material en una base progresiva y formarlo en moldes a través del uso de presión de aire diferencial, brazos móviles, o ambos, en donde hasta el rollo continuo formado es transportado a una máquina cortadora para dividir los artículos formados a partir del rollo continuo. La operación de extrusión para producir el material de hoja es además, usualmente, una operación completamente separada (en relación al tiempo y utilización de la energía de calor) a partir de la operación de fabricación por la formación y cortado de los artículos.

Aunque los procesos de dos pasos pueden ser usados con la hoja de espuma de poliestireno de la presente invención para elaborar artículos por embutición profunda, tal proceso tiene muchas limitaciones afectando costos, control de calidad y control operacional. Debido a la separación de las operaciones de extrusión y de fabricación, el control de calidad llega a ser más difícil y muy costoso. Los defectos en la hoja los cuales no son aparentes hasta que el moldeo no se pueda corregir luego, resultan en el rechazo de grandes cantidades de material. Puesto que la cubierta de espuma tiene excelentes propiedades de aislamiento térmico, se dificulta y es costosamente calentarla apropiadamente durante la etapa de fabricación. Para evitar estos problemas, es deseable tener un proceso continuo en el cual las etapas de extrusión y fabricación continúen sin interrupción. La hoja de espuma de poliestireno de la presente invención permite la extrusión y termoformado sucesivo continuo, resultando en artículos de embutición profunda atractivos y útiles. Se ha encontrado que un elemento importante para el formado sucesivo de los artículos de la presente invención es el diseño específico de los miembros de moldes macho y hembra así también como su material de construcción. La forma y el material de los miembros del molde pueden controlar la distribución del material de la hoja de espuma a lo largo de las paredes laterales del artículo a ser formado. Diferentes materiales de la construcción resultarán en diferencias marcadas en la distribución del material. En consecuencia, el material de construcción del miembro del molde podrá ser seleccionado individualmente dependiendo hasta de la forma del articulo a ser formado y de la distribución del material deseado en el articulo formado. Los materiales adecuados incluyen acero, nylón, aluminio, polisulfano, y espuma sintética, por ejemplo. Para este articulo, el aluminio es el material preferido para la construcción del miembro del molde. Como se puede ver en la vista-seccional de la Figura 3, el par de moldes macho y hembra han sido alterados para proporcionar un vacío en ambos miembros del molde macho y hembra para asistir en el formado de la hoja en los artículos de la presente invención. Se entenderá que ambas operaciones de moldes de cavidad individual y múltiples pueden ser empleadas para elaborar los artículos de la presente invención. El par de moldes se elabora de varias piezas. El miembro del molde macho 10 es una sola pieza. El miembro del molde hembra 50 tiene cuatro piezas, la pieza de la pared lateral superior 70, el anillo de la pared lateral superior 100, la pieza de la pared lateral inferior, y la pieza inferior convexa 60. La pieza de la pared lateral superior 70, la pieza de la pared lateral inferior 80 y la pieza inferior convexa 60 son sujetadas juntas por cuatro tornillos 90. El anillo de la pared lateral superior es atornillado en la pieza de la pared lateral superior 70 con tres tornillos igualmente espaciados 110. El miembro del molde macho 10 tiene cuatro agujeros de vacío 12 igualmente espaciados, cuyos diámetros son de 0.020 pulgadas (0.051 milímetros), en la parte inferior cóncava de la pieza, con los cuatro agujeros que forman un cuadrado alrededor del punto del extremo final de un canal de vacío central ! en el miembro del molde macho al punto de extensión superior en el miembro del molde hembra 50. Treinta y dos agujeros de vacío adicionales 16 se localizan en el área más elevada 17 en el miembro del molde macho del articulo a ser termoformado, en este caso un borde de taza. Estos dos agujeros de vacío 16 se comunican con el canal de vacío 18 el cual está también en comunicación con el canal de vacío 14, mientras los otros treinta agujeros de vacío tienen un canal aproximadamente de 0.12 pulgadas en diámetro, justo aumentando la profundidad para comunicarse con los agujeros opuestos para extenderse completamente a través del miembro del molde macho, y al canal 18 de vacío. La' pieza del molde hembra 60 tiene tres agujeros de vacío del mismo diámetro (0.020 pulgadas) localizados en el centro 61 de la parte inferior convexa 60 del molde hembra con un agujero 62 localizado en el punto convexo superior y los otros dos agujeros colocados linealmente a la izquierda y derecha del agujero del centro espaciados una pequeña distancia aparte. Todos los tres agujeros se comunican con el canal de vacío 63. La pieza de molde hembra 70 también tiene dieciocho agujeros igualmente espaciados 77 en el cual cada uno se comunica con el canal de vacío 78 aproximadamente 0.12 pulgadas de diámetro. Hay también dieciocho agujeros de vacío adicionales 79 los cuales se comunican entre el interior y el exterior de la pieza del molde hembra 70. El anillo de la pared lateral superior 100 ha sido ligeramente de un tamaño superior o anormal así como para producir aumento de una abertura entre la pieza de la pared lateral superior 70 y el anillo de la pared lateral superior 100 de manera que los canales de vacío 78 y los agujeros de vacío, 79 estén accesibles cuando se reduzca la presión. En la pieza de la pared lateral inferior 80 del molde hembra 50, hay treinta y dos agujeros de vacío espaciados igualmente 84 de 0.020 de pulgadas de diámetro los cuales se comunican con una ranura anular 86 la cual es parte del canal de vacío 85. Un anillo anular 67, con una abertura de aproximadamente 0.025 pulgas, se comunica con un canal de vacío anular 68 en la pieza inferior convexa 60. El canal de vacío anular 68 y el canal de vacío 63 están también en comunicación con los cuatro canales de vacío igualmente espaciados 85. El anillo anular proporciona un vacío de anillo anular completo cuando es termoformado opuesto separado y los agujeros de vacío no se interconectan en una formación de anillo. La ranura entre el miembro macho 10 y el miembro del molde hembra puede estar entre el rango de aproximadamente 0.01 y aproximadamente 0.15 pulgadas y esta más preferiblemente expuesto a una ranura de aproximadamente 0.06 pulgadas. Este par de moldes es luego colocado completamente en una unidad la cual puede ser usada para reducir la presión del aire y obtener un vacío parcial. Sorprendentemente, en los miembros de los moldes de la presente invención, el vacío está presente en cualquiera de los de arriba (en el miembro de molde macho) y abajo (en el miembro del molde hembra) la hoja de espuma la cual es termoformada, está opuesta para usarse justo al vacío asistente para empujar la hoja en el miembro del molde hembra.

Los siguientes ejemplos ilustran la hoja de espuma de poliestireno y los artículos termoformados de la presente invención.

EJEMPLO 1 Se produce una hoja de espuma de poliestireno por extrusión a partir de los siguientes materiales iniciadores : (1) 73.0 % peso de cristales de poliestireno obtenidos de Dow Chemical Company como producto número 685D; (2) 16.5 % en peso de poliestireno de alto impacto (que tiene 12 s de elástico con tamaños de partículas de aproximadamente .2 micrones) obtenidos a partir de Dow Chemical Company como producto número XU70025; (3) .8% en peso 40% del Hidrocerol activo disponible de Boheringer Ingelheim (CF40 S) ; (4) 3.2 % en peso de talco (agente nucleado) (que contiene 40% en peso de talco mezclado con 60% en peso de cristales de poliestireno) . La hoja de espuma extruída a partir del contendió extruído aproximadamente 1.9 - 2.0% en peso del elástico que tiene tamaño de partículas de aproximadamente 0.2 micrones. El agente de soplado usado en la hoja de espuma de este ejemplo 1 es butano. La hoja de espuma se produjo por extrusión con un grosor de aproximadamente 0.120 pulgadas sin la porción de la hoja que tiene un grosor de menos que 0.110 pulgadas o mayor que 0.130. Además, la tolerancia del grosor fue de 0.010 pulgadas. El tamaño celular de la hoja fue de .24 mm. El extrusor usado para extruir la hoja de espuma fue un extrusor de línea de extrusión de espuma de 2.5 pulgadas (extrusor primario) - 3.5 pulgadas (extrusor secundario) disponible de Cincinnati Milicron. La densidad de la hoja de espuma resultante fue de 11 libras/pie-cuadrado. Después de la extrusión la hoja de espuma se laminó en una superficie mayor por la extrusión de un poliestireno de alto impacto fundido o derretido (Dow producto número 482) en la hoja de espuma para formar una película. La película tiene un grosor de 0.0075 pulgadas (0.19 mm) . El grosor de la película de entre 0.001 y 0.020 pulgadas es aceptable, con grosores de 0.003 a 0.015 pulgadas son preferibles. Esta hoja fue luego enrrollada y dejada para disminuir su actividad al menos 120 horas. Esta disminución de la actividad permite la igualdad de la presión celular.

Durante el termoformado, la hoja de espuma se pasa a través del termoformador de manera que esta primera película constituye la superficie interna del articulo final termoformado. Antes del termoformado, una segunda capa protectora 0.0075 (0.19 mm) del mismo poliestireno de alto impacto (Producto Down no. 482) se laminó a la otra superficie de la hoja de espuma mayor que aún no ha sido cubierta o revestida por extrusión. Esta película constituye la superficie exterior del articulo termoformado final .Nuevamente, son preferibles los grosores de la capa de cubierta de 0.003 a 0.015 pulgadas. La hoja se espuma laminada luego se alimenta en' un horno para precalentar y para incrementar su temperatura para la etapa de termoformado. El horno y el termoformador es un horno convencional disponible de Brown Machine, Modelo No. CS 2100. Este horno permite el precalentado de la hoja de espuma a una temperatura necesaria para el termoformado. El objetivo del precalentado es para traer o alcanzar la temperatura del centro de la hoja de espuma arriba de la temperatura vicat del poliestireno del cristal caliente (Dow 685D) a una temperatura en donde la espuma es suficientemente ablandada para facilitar a los miembros de los moldes macho y hembra de la etapa de termoformado deformar a la hoja de espuma. La temperatura vicat para este material (Dow 685D) es aproximadamente de 227°F. La temperatura del centro de la hoja de espuma podrá ser mayor que 227°F. A fin de alcanzar esta temperatura central la superficie superior está preferiblemente en el rango de aproximadamente 285°F a aproximadamente 305°F, más preferiblemente entre 295°F a aproximadamente 300°F, y más preferiblemente de aproximadamente 300°F. Aunque la temperatura de la superficie inferior no fue medida, se cree y se prefiere que la temperatura de la superficie inferior duplique a la temperatura de la superficie superior. El área de calentamiento está designada preferiblemente para minimizar el gradiente de temperatura-entre las superficies exteriores y el centro de la hoja de espuma a ser termoformadas. En consecuencia, un calentamiento gradual resulta en una temperatura de superficie igual a aquella de la temperatura central que podrá proporcionar el gradiente de temperatura óptimo en la espuma. Sin embargo, este calentamiento gradual es impráctico puesto que pueden ser ambos muy costosos y ocupan tiempo. En el otro extremo de calentamiento, las superficies exteriores no pueden ser elaboradas para alcanzar una temperatura superior a 680° F debido a que 680°F es el punto instantáneo y 925°F es el punto de auto ignición de la capa de cubierta laminada. En consecuencia, la superficie exterior nunca será expuesta a un calor de 680°F. El objetivo en el calentamiento de la hoja de espuma es alcanzar la temperatura de este centro dentro del rango preferido en la cantidad acortada de tiempo sin dañar la espuma o las capas protectoras. Durante esta etapa de precalentamiento, la hoja de espuma también es sometida a una post-expansión. La cantidad de la post-expansión depende de la composición del gas residente en las células de la espuma al tiempo del precalentamiento en el horno. La cantidad de post-expansión deseada dependerá de la ranura entre el obturador y el molde de la etapa de termoformado. En el presente ejemplo, ~ el obturador y la ranura del molde fueron de 0.060 pulgadas. El grosor deseado de la espuma para estas 0.060 pulgadas de ranura es de aproximadamente 0.150 pulgadas. Este grosor incluye la hoja de espuma y cualquiera de las películas laminadas de la hoja. El material de este ejemplo tiene un grosor de aproximadamente 0.115 pulgadas previos a la etapa de precalentamiento. Además, la post-expansión se cuenta para aproximadamente 0.035 pulgadas de expansión o aproximadamente 30.4% de espansión. Dando esta ranura del molde y grosor de la espuma, un mínimo de 20% de postexpansión se requiere y el 30% es preferido. La post-expansión entre 0% y 60% es posible dependiendo de las características de la hoja de espuma y del gas residente en las células de la espuma. La espuma verde (es decir, la hoja de espuma que no ha disminuido su actividad) que ha sido de espuma usando butano como el agente de soplado se somete a una post-expansión de aproximadamente 52%. Las tazas luego de ser termoformadas usan los termoformadores de alimentación continua convencional de la Figura 1. La capacidad de vacío del molde hembra del termoformador fue usado en este proceso de termoformación. Un mecanismo enfriador fue usado en conjunto con el par de moldes macho y hembra. El miembro del molde macho 10 puede ser enfriado a una temperatura de entre 70°F y 200°F y la pieza del molde hembra 70 es enfriada a una temperatura de entre 70°C y 200°C. Comúnmente, la temperatura de la pieza del molde hembra 70 se enfría a una temperatura inferior que la del miembro del molde macho 10 y preferiblemente a una temperatura de aproximadamente 50°F refrigerada. En el termoformado de la hoja de espuma de este ejemplo 1, la temperatura del obturador macho fue de 150°F y aquella de la cavidad hembra fue de 100°F. El molde y el obturador fueron elaborados de aluminio. Los miembros del molde macho y hembra luego fueron movidos juntos en la posición de formación final para ajustar la hoja de espuma alrededor del miembro del molde macho y en la cavidad hembra. El vacío se aplicó para el miembro del molde hembra. Luego la forma final de la hoja de espuma es colocada para enfriarla. El enfriado se acompleta al permitir a los miembros del molde cuya temperatura está descrita arriba quedarse en la posición final durante mucho tiempo para reducir la temperatura de la hoja de espuma por debajo de la temperatura vicat o el punto de ablandamiento. Las tazas termoformadas producidas en el Ejemplo 1 tiene una proporción de embutición en el orden de aproximadamente 1.1:1. Los artículos resultantes del ejemplo- 1 producen excelentes tazas con buena capacidad de aislamiento del calor y apariencia atractiva. EJEMPLO 2 El ejemplo 1 se repite, excepto que, en cambio de la disminución de la actividad de la hoja de espuma, la hoja de espuma es laminada con una segunda capa protectora de 0.0075 (0.19 mm) de poliestireno de alto impacto (Producto Down No. 482) y se pasa directamente al termoformador de manera que esta segunda protección constituye la superficie exterior del artículo final termoformado. La hoja de espuma laminada es precalentada en un horno de una manera similar al Ejemplo 1. La hoja es luego termoformada en tazas de conformidad con la operación de termoformado descrita en el Ejemplo 1, usando el termoformador de la Figura 1.

EJEMPLO 3 Se produce una hoja de espuma de poliestireno por extrusión a partir de los siguientes materiales iniciadores : (1) 73 % en peso de cristales de poliestireno obtenidos de Dow Chemical Company como producto número 685D; (2) 23 % en peso de poliestireno de alto impacto (que tiene 7.5% en peso de elástico) obtenidos a partir de Dow Chemical Company como producto número 482; (3) .8% en peso 40% del Hidrocerol activo como un agente nucleado; (4) 3.2 % en peso de talco (rellenador) (que contiene 40% en peso de talco mezclado con 60 % de cristales de poliestireno) .

La hoja de espuma producida por extrusión tiene un grosor de aproximadamente 0.115 pulgadas, con una tolerancia de grosor de 0.010 pulgadas. El tamaño celular de la hoja de espuma fue de .24 mm. La densidad de la hoja de espuma resultante fue de aproximadamente 11 libras/pie cuadrado. Después de la extrusión la hoja de espuma se laminó en una superficie mayor por la extrusión de un poliestireno de alto impacto diluido o derretido (Dow producto número 482) en la hoja de espuma para formar una película. La película tuvo un espesor de 0.0075 pulgadas (0.19 mm) . Previo a la termoformación, una segunda capa-protectora de 0.0075 pulgadas (0.19 mm) del mismo poliestireno de alto impacto (Dow produicto númnero 482) se laminó en la otra superficie mayor de la hoja de espuma que no ha sido cubierta por extrusión. Esta segunda película constituye la superficie exterior del artículo final termoformado. La hoja es entonces enrrollada y dejada para disminuir su actividad al menos 120 horas. La hoja de espuma es luego precalentada y termoformada como se describe en el Ejemplo 1 usando el termoformador de la Figura 1. Las tazas termoformadas de este Ejemplo 3 tienen una proporción de embutición de 1.12:1, una densidad de aproximadamente 11 libras/pie cuadrado, y tiene buena capacidad de aislamiento de calor y una apariencia atractiva.

EJEMPLO 4 Se repite el Ejemplo 3, excepto que, en cambio a la disminución de la actividad de la hoja de espuma, la hoja de espuma se pasa directamente al horno para el precalentamiento de conformidad con el procedimiento descrito en el Ejemplo 1. La hoja precalentada es luego termoformada en tazas de conformidad con la operación de termoformación descrita en el Ejemplo 1, usando el-termoformador de la Figura 1. Es bien entendido que la descripción antes mencionada es meramente ilustrativa de las modalidades preferidas de la invención, de las cuales se pueden elaborar muchas variaciones por aquellos expertos en la técnica, dentro del ámbito de las siguientes reivindicaciones sin apartarse del espíritu del mismo.

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 a partir de la presente descripción de la invención. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes.

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Una hoja de espuma de poliestireno para artículos termoformados por embutición profunda caracterizada porque comprende una resina de poliestireno la cual contiene .5 a 15* en peso de un componente elástico, basado en la resina de poliestireno, con la hoja de espuma que tiene un grosor de 0.060 a .250 pulgadas, con una desviación no mayor que ± 0.010 pulgadas, una densidad de 4 a 18 libras/pie cuadrado, y un tamaño celular promedio de 0.12 a 0.34 mm.

2. Una hoja de espuma de poliestireno deconformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque tiene una densidad de 7 a 14 libras/pie cuadrado.

3. Una hoja de espuma de poliestireno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque tiene una densidad de 11 a 12 libras/pie cuadrado.

4. Una hoja de espuma de poliestireno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque tiene un tamaño celular promedio de 0.16 a 0.30mm.

5. Una hoja de espuma de poliestireno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque tiene un tamaño celular promedio de 0.16 a 0.26 mm.

6. Una hoja de espuma de poliestireno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque también tiene de 0.5 a 2.0% en peso de un agente nucleado.

7. Una hoja de espuma de poliestireno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque tiene una película sin espuma en al menos una superficie mayor.

8. Una hoja de espuma de poliestireno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque tiene una película sin espuma en ambas superficies mayores.

9. Un artículo de embutición profunda, porque comprende la hoja de espuma de poliestireno de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el artículo de embutición profunda tiene una proporción de embutición superior a 1.0.

10. El artículo formado por embutición profunda de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque tiene una película sin espuma en al menos una superfice mayor de la misma.