Una formulación polimérica expandible para la preparación de una estructura de espuma polimérica alquenilaromática expandida,

comprendiendo la formulación: un polímero alquenilaromático termoplástico y una mezcla de agentes de soplado, comprendiendo la mezcla de agentes de soplado formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado, en donde la formulación está en forma de bolas expandibles.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a espumas que usan agentes de soplado ecológicos, y a procesos para hacer las mismas. En particular, la presente invención se refiere a espumas poliméricas termoplásticas que usan agentes de soplado basados en formiato de metilo, que producen espumas estables, y a procesos para hacer las mismas. Las espumas poliméricas termoplásticas son particularmente adecuadas para varias aplicaciones de embalaje en forma de bolas de espuma expandida o láminas extruidas y los artículos hechas a partir de las mismas, y para aplicaciones de aislamiento tales como tableros aislantes en materiales de construcción.

Antecedentes de la invención

Las espumas termoplásticas hechas de polímeros alquenilaromáticos (por ejemplo, poliestireno) o polímeros de poliolefinas (por ejemplo, polietileno o polipropileno) han encontrado uso extenso, en particular como materiales de embalaje y aislamiento. Las espumas de polímeros alquenilaromáticos en forma de bolas o láminas que tienen un espesor de menos de alrededor de media pulgada se usan para hacer materiales de embalaje tales como envases (copas, cuencos, envases con bisagra, cestas de picnic) para bebidas o alimentos calientes o fríos, y la protección durante el transporte de artículos delicados o sensibles a choques por lo que las bolas se fusionan o la lámina se termoforma en un molde para dar el material de embalaje de la forma deseada. Las bolas de espumas también se usan como material de embalaje con relleno suelto. En general, las espumas aislantes se producen en un espesor mayor que alrededor de media pulgada. El valor aislante de tales espumas se mide en términos de resistencia a la conducción de calor o valor R, por pulgada (o por centímetro) de espesor de la espuma. Las espumas aislantes adecuadas típicamente tienen valores de R de alrededor de 4,0 por pulgada (1,57 por cm) o mayores. Los productos de espuma de embalaje y aislamiento con un espesor mayor de alrededor de 0,5 pulgadas (1,27 cm) se denominan tablones o tableros. Es deseable que las espumas sean dimensionalmente estables; esta característica es incluso más deseable para tablones o tableros.

Estas y otras espumas poliméricas habitualmente se hacen usando un proceso continuo donde una resina fundida cargada con un agente de soplado se extruye con presión a través de un troquel apropiado en una atmósfera a una presión menor. De forma alternativa, se puede usar un proceso por lotes o por fases, donde pequeñas bolas de polímero (también llamadas partículas o pellas) se impregnan con el agente de soplado y después se calientan rápidamente a una temperatura cerca o por encima de la temperatura de transición vítrea del sistema polímeroagente de soplado, o se someten a un esfuerzo de compresión externa a una temperatura de hasta la temperatura de transición vítrea del sistema polímero-agente de soplado.

En la actualidad, los agentes de soplado físicos más comúnmente usados para hacer espumas poliméricas termoplásticas tales como espumas de polímeros alquenilaromáticos (por ejemplo, poliestireno) o polímeros de poliolefinas (por ejemplo, polietileno o polipropileno) son hidrocarburos, hidrocarburos clorados, hidroclorofluorocarbonos, hidrofluorocarbonos, o combinaciones de los mismos. Los hidrocarburos con tres o más átomos de carbono se consideran compuestos orgánicos volátiles (COV) que pueden producir la formación de esmog. Además, algunos hidrocarburos halogenados o bien son COV o tienen alto potencial de destrucción de ozono (PDO) o son contaminantes del aire peligrosos (CAP) y, algunas veces, pueden estar en más de una de estas categorías. Por tanto, el uso de agentes de soplado hidrocarburos o hidrocarburos halogenados para preparar espumas poliméricas no se prefiere desde el punto de vista medioambiental e impone muchas limitaciones en el proceso de fabricación, lo que complica de esta manera y aumenta significativamente el coste de fabricación. Por ejemplo, las espumas de embalaje (bolas o láminas) de polímeros alquenilaromáticos (por ejemplo, poliestireno) en general se hacen usando COV tales como butanos o pentanos, y las espumas aislantes se hacen actualmente usando COV tales como hidrocarburos e hidrocarburos halogenados o no COV tal como 1-cloro-1,1-difluoroetano (HCFC-142b), solo o en combinación con cloruro de etilo, que se clasifica tanto como un COV y como un CAP. Por tanto, es deseable minimizar o eliminar del todo el uso de compuestos COV y/o CAP como agentes de soplado para la preparación de espumas poliméricas.

El formiato de metilo se clasifica como un no COV (Registro Federal, Volumen 69, Número 228, 29 de noviembre de 2004), es un no CAP y tiene PDO cero. La patente de EE UU número 6.753.357 describe el uso de formiato de metilo para producir espumas de poliuretano basadas en isocianato/poliol estables, rígidas. Sin embargo, se advierte, que tales espumas de poliuretano son termoestables, de modo que se hacen a través de un proceso de entrecruzamiento y curado. La estabilidad o inestabilidad dimensional impartida al producto final de espuma de poliuretano por la naturaleza del agente de soplado es, por tanto, bastante diferente que en el caso de espumas poliméricas termoplásticas.

Por tanto, existe una necesidad para agentes de soplado que empleen formiato de metilo y agentes de cosoplado ecológicos, preferiblemente agentes de cosoplado no-COV y/o no-CAP, como componentes de la mezcla de agentes de soplado para producir espumas termoplásticas estables sin comprometer la calidad del producto desde el punto de vista del aspecto, resistencia mecánica o a la compresión, y valor aislante, y que permitan un proceso de fabricación rentable y versátil.

El documento US3914191 divulga un azeótropo de formiato de metilo-tricloromonofluorometano como un agente de soplado en la producción de espuma de poliestireno.

Compendio de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un estructura de espuma polimérica. Este objeto se puede alcanzar mediante las características como se definen en las reivindicaciones independientes. Las mejoras adicionales se caracterizan en las reivindicaciones dependientes.

Según una forma de realización de la presente invención, un agente de soplado preferido para hacer espumas poliméricas termoplásticas es una mezcla que comprende formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado. El agente de cosoplado o bien es un agente de cosoplado físico (por ejemplo, un agente inorgánico, un hidrocarburo, un hidrocarburo halogenado, un éter, un éster, un acetal, un alcanol, un carbonato, una amina, una cetona o una combinación de los mismos), un agente de cosoplado químico o combinaciones de los mismos. En una forma de realización preferida, la estructura de espuma polimérica termoplástica es una estructura de espuma polimérica alquenilaromática. En una forma de realización más preferida, la espuma polimérica alquenilaromática es una estructura de espuma de poliestireno expandida (también denominada EPS) o una estructura de espuma de poliestireno extruida (también denominada XPS), cualquiera de las cuales se puede usar como espumas de embalaje y aislamiento. El agente de soplado de la forma de realización preferida es una mezcla que incluye cualquier combinación de formiato de metilo y uno o más agentes de cosoplado. Para espumas de embalaje, el agente de cosoplado preferido es un hidrocarburo, más preferiblemente un hidrocarburo que contiene cuatro o cinco átomos de carbono, un hidrocarburo halogenado, un éter, un alcanol, una cetona o cualquier combinación de los mismos. Para espumas aislantes, especialmente tablones o tableros, el agente de cosoplado preferido es un hidrocarburo, más preferiblemente un hidrocarburo que contiene cuatro o cinco átomos de carbono, 1,1,1,2tetrafluoroetano (HFC-134a), 1-cloro-1,1-difluoroetano (HCFC-142b) o cualquier combinación de los mismos. En general, las láminas o bolas de espuma tienen un espesor de menos de alrededor de 0,5 pulgadas (1,27 cm); y los tableros de espuma aislante tienen un espesor de al menos alrededor de 0,5 pulgadas (1,27 cm), preferiblemente desde alrededor de 0,5 pulgadas hasta alrededor de 3 pulgadas (de 1,27 cm a 7,62 cm), y tienen valores de R de alrededor de 4,0 por pulgada (1,57 por cm) o mayores.

Según otra forma de realización, se usa una formulación polimérica expandible para preparar una estructura de espuma polimérica termoplástica expandible. La formulación incluye un polímero termoplástico y una mezcla de agentes de soplado que comprende formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado. El agente de cosoplado... [Seguir leyendo]

1. Una formulación polimérica expandible para la preparación de una estructura de espuma polimérica alquenilaromática expandida, comprendiendo la formulación: un polímero alquenilaromático termoplástico y una mezcla de agentes de soplado, comprendiendo la mezcla de agentes de soplado formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado, en donde la formulación está en forma de bolas expandibles.

2. La formulación polimérica expandible de la reivindicación 1, en donde la mezcla de agentes de soplado comprende del 5 al 80 por ciento molar de formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado.

3. La formulación polimérica expandible de la reivindicación 2, en donde la mezcla de agentes de soplado comprende del 30 al 50 por ciento molar de formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado.

4. La formulación polimérica expandible de la reivindicación 1, en donde el al menos un agente de cosoplado es un agente de cosoplado físico, un agente de cosoplado químico o una combinación de los mismos.

5. La formulación polimérica expandible de la reivindicación 4, en donde el al menos un agente de cosoplado es un agente de cosoplado físico seleccionado del grupo que consiste en un agente inorgánico, un hidrocarburo, un hidrocarburo halogenado, un éter, un éster, un acetal, un alcanol, un carbonato, una amina, una cetona y cualquier combinación de los mismos.

6. La formulación polimérica expandible de la reivindicación 5, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en un hidrocarburo que contiene cuatro o cinco átomos de carbono, 1,1,1,2tetrafluoroetano (HCF-134a) y 1-cloro-1,1-difluoroetano (HCFC-142b).

7. La formulación polimérica expandible de la reivindicación 5, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en etano, propano, ciclopropano, butano normal, isobutano, ciclobutano, neopentano, isopentano, ciclopentano, dióxido de carbono y agua.

8. La formulación polimérica expandible de la reivindicación 6, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en un hidrocarburo que contiene cinco átomos de carbono y 1,1,1,2tetrafluoroetano (HCF-134a).

9. La formulación polimérica expandible de la reivindicación 7, en donde el al menos un agente de cosoplado es dióxido de carbono.

10. La formulación polimérica expandible de la reivindicación 1, en donde el polímero alquenilaromático incluye poliestireno.

11. Una estructura de espuma polimérica alquenilaromática expandida formada mediante:

preparación de una formulación polimérica expandible en forma de bolas expandibles, incluyendo la formulación un polímero alquenilaromático termoplástico y una mezcla de agente de soplado, comprendiendo la mezcla de agente de soplado formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado;

expansión de las bolas expandibles; y

fusión de las bolas expandibles para formar la estructura de espuma alquenilaromática expandida.

12. La estructura de espuma polimérica alquenilaromática de la reivindicación 11, en donde las bolas expandibles se forman por un proceso seleccionado del grupo que consiste en (a), (b) y (c):

a. (i) fundir un polímero alquenilaromático termoplástico;

(ii) mezclar una cantidad eficaz de la mezcla de agentes de soplado en el polímero alquenilaromático para definir una mezcla; y

(iii) extruir la mezcla en una zona de baja temperatura para formar las bolas expandibles;

b. disolver una cantidad eficaz de la mezcla de agentes de soplado en el polímero alquenilaromático;

c. sintetizar el polímero alquenilaromático en presencia de la mezcla de agentes de soplado.

13. La estructura de espuma polimérica alquenilaromática de la reivindicación 11, en donde el paso de expandir las bolas incluye:

calentar las bolas a una temperatura de al menos o por encima la temperatura de transición vítrea de la formulación polímero-agente de soplado; o

someter las bolas a un esfuerzo de compresión externo a una temperatura de hasta la temperatura de transición vítrea de la formulación polímero-agente de soplado.

14. La estructura de espuma polimérica alquenilaromática de la reivindicación 11, en donde la mezcla de agentes de soplado comprende del 20 al 50 por ciento molar de formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado.

15. La estructura de espuma polimérica alquenilaromática de la reivindicación 11, en donde el al menos un agente de cosoplado es un agente de cosoplado físico, un agente de cosoplado químico o una combinación de los mismos.

16. La estructura de espuma polimérica alquenilaromática de la reivindicación 15, en donde el al menos un agente de cosoplado es un agente de cosoplado físico seleccionado del grupo que consiste en un agente inorgánico, un hidrocarburo, un hidrocarburo halogenado, un éter, un éster, un acetal, un alcanol, un carbonato, una amina, una cetona y cualquier combinación de los mismos.

17. La estructura de espuma polimérica alquenilaromática de la reivindicación 16, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en un hidrocarburo que contiene cuatro o cinco átomos de carbono, 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HCF-134a) y 1-cloro-1,1-difluoroetano (HCFC-142b).

18. La estructura de espuma polimérica alquenilaromática de la reivindicación 11, en donde el polímero alquenilaromático incluye poliestireno.

19. La estructura de espuma polimérica alquenilaromática de la reivindicación 11, en donde la espuma polimérica alquenilaromática tiene una densidad de alrededor de 1 a 15 lb/ft3 (de 0,016 a 0,240 g/cm3).

20. La estructura de espuma polimérica alquenilaromática de la reivindicación 11, en donde la estructura de espuma polimérica alquenilaromática es una espuma aislante que tiene un espesor de al menos alrededor de 0,5 pulgadas (1,27 cm) y un valor R de alrededor de 4 por pulgada (1,57 por cm) o mayor.

21. La estructura de espuma polimérica alquenilaromática de la reivindicación 11, en donde la estructura de espuma polimérica alquenilaromática es una estructura de células sustancialmente cerrada.

22. Un proceso para hacer una estructura de espuma polimérica alquenilaromática expandida que incluye:

preparar una formulación polimérica expandible en forma de bolas expandibles, incluyendo la formulación un polímero alquenilaromático termoplástico y una mezcla de agentes de soplado, comprendiendo la mezcla de agentes de soplado formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado; y

expandir la formulación para formar la estructura de espuma alquenilaromática expandida.

23. El proceso de la reivindicación 22, en donde las bolas expandibles se forman mediante un proceso seleccionado del grupo que consiste en (a), (b) y (c):

a. (i) fundir el polímero alquenilaromático termoplástico;

(ii) mezclar una cantidad eficaz de la mezcla de agentes de soplado en el polímero alquenilaromático para definir una mezcla; y

(iii) extruir la mezcla en una zona de baja temperatura para formar las bolas expandibles;

b. disolver una cantidad eficaz de la mezcla de agentes de soplado en el polímero alquenilaromático;

c. sintetizar el polímero alquenilaromático en presencia de la mezcla de agentes de soplado.

24. El proceso de la reivindicación 22, en donde el paso de expandir las bolas incluye:

calentar la formulación polímero-mezcla de agentes de soplado a una temperatura de o por encima de la temperatura de transición vítrea de la formulación polímero-agente de soplado; o

someter las bolas a un esfuerzo de compresión externo a una temperatura de hasta la temperatura de transición vítrea de la formulación polímero-agente de soplado.

25. El proceso de la reivindicación 22, que incluye además el paso de formar una forma contorneada a partir de las bolas expandidas.

26. El proceso de la reivindicación 22, en donde la mezcla de agentes de soplado comprende del 5 al 80 por ciento molar de formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado.

27. El proceso de la reivindicación 26, en donde la mezcla de agentes de soplado comprende del 30 al 50 por ciento molar de formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado.

28. El proceso de la reivindicación 22, en donde el al menos un agente de cosoplado es un agente de cosoplado físico, un agente de cosoplado químico o una combinación de los mismos.

29. El proceso de la reivindicación 28, en donde el al menos un agente de cosoplado es un agente de cosoplado físico seleccionado del grupo que consiste en un agente inorgánico, un hidrocarburo, un hidrocarburo halogenado, un éter, un éster, un acetal, un alcanol, un carbonato, una amina, una cetona y cualquier combinación de los mismos.

30. El proceso de la reivindicación 29, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en un hidrocarburo que contiene cuatro o cinco átomos de carbono, 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HCF134a) y 1-cloro-1,1-difluoroetano (HCFC-142b).

31. El proceso de la reivindicación 29, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en etano, propano, ciclopropano, butano normal, isobutano, ciclobutano, neopentano, isopentano, ciclopentano, dióxido de carbono y agua.

32. El proceso de la reivindicación 30, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en un hidrocarburo que contiene cinco átomos de carbono y 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HCF-134a).

33. El proceso de la reivindicación 31, en donde el al menos un agente de cosoplado es dióxido de carbono.

34. El proceso de la reivindicación 22, en donde la espuma polimérica alquenilaromática incluye poliestireno.

35. El proceso de la reivindicación 22, en donde la estructura de espuma polimérica alquenilaromática tiene una densidad de alrededor de 1 a 15 lb/ft3 (de 0,016 a 0,240 g/cm3).

36. El proceso de la reivindicación 22, en donde la estructura de espuma polimérica alquenilaromática es una espuma aislante que tiene un espesor de al menos alrededor de 0,5 pulgadas (1,27 cm) y un valor R de alrededor de 4 por pulgada (1,57 por cm) o mayor.

37. Un proceso para producir una estructura de espuma polimérica termoplástica que comprende:

preparar una formulación polimérica expandible que comprende un polímero termoplástico y una mezcla de agentes de soplado, la mezcla de agentes de soplado comprende formiato de metilo y al menos un agente de cosoplado; y

expandir la formulación para formar la estructura de espuma polimérica termoplástica caracterizada en que el agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en un hidrocarburo, fluoruro de metilo, difluorometano (HFC-32), trifluorometano (HFC-23), perfluorometano, clorodifluorometano (HCFC-22) cloruro de metileno, cloruro de etilo, fluoruro de etilo, 1,2-difluoroetano (HFC-152), 1,1-difluoroetano (HFC-152a), 1,1,1-trifluoroetano (HFC-143a), 1,1,2,2-tetrafluoroetano (HFC-134), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a), pentafluoroetano (HFC-125), perfluoroetano, 1,1-dicloro-1-fluoroetano (HCFC-141b), 1-cloro-1,1-difluoroetano (HCFC 142b), 1,1-dicloro-2,2,2trifluoroetano (HCFC-123), y 1-cloro-1,2,2,2-tetrafluoroetano (HCFC-124), difluoropropano, 1,1,1-trifluoropropano, 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC-245fa), 1,1,1,2,3,3-hexafluoropropano (HFC-236ea), 1,1,1,2,3,3,3heptafluoropropano (HFC-227ea), perfluoropropano, 2,2,4,4,4-pentafluorobutano (HFC-365mfc), perfluorobutano, perfluorociclobutano, fluoruro de vinilo, un éster, un acetal, un alcanol, un carbonato, una amina, una cetona, un agente inorgánico y un agente de soplado químico.

38. El proceso de la reivindicación 37, en donde la estructura de espuma polimérica es un tablero de espuma polimérica.

39. El proceso de la reivindicación 37, en donde la estructura de espuma polimérica es una lámina de espuma polimérica.

40. El proceso de la reivindicación 37, en donde preparar la formulación polimérica expandible incluye además formar la formulación en una bola expandible antes del paso de expansión.

41. El proceso de la reivindicación 40, en donde preparar la formulación polimérica expandible incluye además un proceso seleccionado del grupo que consiste en (a), (b) y (c):

a. (i) fundir un polímero termoplástico;

(ii) mezclar una cantidad eficaz de la mezcla de agentes de soplado en el polímero termoplástico para definir una mezcla; y

(iii) extruir la mezcla en una zona de baja temperatura para formar las bolas expandibles;

b. disolver una cantidad eficaz de la mezcla de agentes de soplado en el polímero termoplástico;

c. sintetizar el polímero termoplástico en presencia de la mezcla de agentes de soplado.

42. El proceso de la reivindicación 37, en donde la estructura de espuma polimérica es dimensionalmente estable.

43. El proceso de la reivindicación 42, en donde la estructura de espuma polimérica tiene un porcentaje de cambio de calibre absoluto de menos de alrededor del 15 por ciento después de envejecer hasta siete días.

44. El proceso de la reivindicación 37, en donde preparar la formulación polimérica expandible comprende: fundir un polímero termoplástico; y disolver una cantidad eficaz de la mezcla de agentes de soplado en el polímero termoplástico para definir la

formulación.

45. El proceso de la reivindicación 37, en donde la mezcla de agentes de soplado comprende del 5 al 80 por ciento molar de formiato de metilo.

46. El proceso de la reivindicación 37, en donde el al menos un agente de cosoplado es un agente de cosoplado físico, un agente de cosoplado químico o una combinación de los mismos.

47. El proceso de la reivindicación 46, en donde el al menos un agente de cosoplado es un agente de cosoplado físico seleccionado del grupo que consiste en un agente inorgánico, un hidrocarburo, un hidrocarburo halogenado, un éter, un éster, un acetal, un alcanol, un carbonato, una amina, una cetona y cualquier combinación de los mismos.

48. El proceso de la reivindicación 47, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en un hidrocarburo que contiene cuatro o cinco átomos de carbono, 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HCF134a) y 1-cloro-1,1-difluoroetano (HCFC-142b).

49. El proceso de la reivindicación 47, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en etano, propano, ciclopropano, butano normal, isobutano, ciclobutano, neopentano, isopentano, ciclopentano, dióxido de carbono y agua.

50. El proceso de la reivindicación 48, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en un hidrocarburo que contiene cinco átomos de carbono y 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HCF-134a).

51. El proceso de la reivindicación 37, en donde el polímero termoplástico es un polímero amorfo seleccionado del grupo que consiste en poliestireno, policarbonato, poli(metacrilato de metilo), poli(óxido de fenileno) y mezclas de los mismos.