MATERIAL ESPUMADO ELÁSTICO EN FORMA DE PARTÍCULAS, A BASE DE MEZCLAS POLIMÉRICAS DE POLIOLEFINA/ESTIRENO.

Material espumado termoplástico, en forma de partículas, con celdillas con un tamaño medio de celdilla situado en el intervalo comprendido entre 20 y 500 µm,

caracterizado porque las membranas de las celdillas presentan una estructura nanocelular o en forma de fibras con diámetros de los poros o bien de las fibras con un valor menor que 1.500 nm

La invención se refiere a materiales espumados termoplásticos, en forma de partículas, con celdillas que presentan un tamaño medio de celdilla situado en el intervalo comprendido entre 20 y 500 µm, en las que las membranas de la celdilla presentan una estructura nanocelular o en forma de fibras con un diámetro de los poros o bien de las fibras con un valor menor que 1.500 nm, así como a un procedimiento para su obtención.

Se conocen, por ejemplo, por las publicaciones DE 24 13 375, DE 24 13 408 o DE 38 14 783, mezclas poliméricas expandibles, que están constituidas por polímeros de estireno, poliolefinas y, en caso dado, solubilizantes, tales como los copolímeros bloque de estireno-butadieno. Los materiales espumados, que pueden ser obtenidos a partir de las mismas presentarían mejores propiedades mecánicas, de manera especial una mejor elasticidad y una menor fragilidad a bajas temperaturas, así como una insensibilidad a los disolventes, tales como el acetato de etilo y el tolueno, con respecto a los materiales espumados constituidos por polímeros de estireno. Sin embargo, no son suficientes para llevar a cabo la elaboración ni la capacidad de retención de los agentes propulsores ni la capacidad de transformación en espuma de las mezclas expandibles poliméricas a bajas densidades.

La publicación WO 2005/056652 describe piezas moldeadas de materiales espumados en forma de partículas con una densidad situada en el intervalo comprendido entre 10 y 100 g/l, que pueden ser obtenidas por medio de la soldadura de las partículas de espumas sometidas a una espumación previa, constituidas por granulados poliméricos expandibles, termoplásticos. Los granulados poliméricos contienen mezclas constituidas por estireno y por otros polímeros termoplásticos y pueden ser obtenidos por medio de una impregnación en fusión y, a continuación, por medio de una granulación a presión sumergida en agua.

Por otra parte, se conocen materiales espumados elásticas, en forma de partículas, que están constituidos por partículas expandibles de polímeros internos (por ejemplo US 2004/0152795 A1). Los polímeros internos pueden ser obtenidos por medio de una polimerización de estireno en presencia de poliolefinas en suspensión acuosa y forman una red interpentrante, que está constituida por polímeros de estireno y por polímeros de olefinas. Sin embargo, el agente propulsor se difunde rápidamente a partir de las partículas poliméricas expandibles de tal manera, que tienen que ser almacenadas a bajas temperaturas y solamente presentan una capacidad suficiente de transformación en espuma durante un corto período de tiempo.

La publicación WO 2005/092959 describe materiales espumados poliméricos nanoporosos, que pueden ser obtenidos a partir de mezclas polifásicas poliméricas, que contienen agentes propulsores, con dominios situados en el intervalo comprendido entre 5 y 200 nm. De manera preferente, los dominios están constituidos por una partícula de tipo núcleo-corteza, que puede ser obtenida por medio de una polimerización en emulsión, en los que la solubilidad del agente propulsor es, al menos, dos veces mayor que, en las fases limítrofes.

La tarea de la presente invención consistía en proporcionar partículas poliméricas expandibles, termoplásticas, con una pequeña pérdida de agente propulsor y con una elevada capacidad de expansión, que pueden ser transformadas en materiales espumados en forma de partículas con elevada rigidez y, al mismo tiempo, con una buena elasticidad, así como en un procedimiento para su obtención.

Por lo tanto, se encontraron los materiales espumados, en forma de partículas, que han sido descritos más arriba.

Los materiales espumados termoplásticos, en forma de partículas, presentan, de manera preferente, celdillas con un tamaño medio de celdilla situado en el intervalo comprendido entre 50 y 250 µm y una estructura nanocelular o una estructura de fase dispersa, alargada en forma de fibras en las paredes celulares de los materiales espumados poliméricos, termoplásticos, con un diámetro medio de los poros o bien de las fibras situado en el intervalo comprendido entre 10 y 1.000 nm, de manera preferente en el intervalo comprendido entre 100 y 500 nm.

Puede verse la estructura celular con paredes nanocelulares de la celdilla y nervaduras en la fotografía realizada con el microscopio electrónico de transmisión (TEM). La figura 1 muestra una sección a través de las celdillas de un material espumado, termoplástico, en forma de partículas, de conformidad con la invención. La figura 2 muestra un detalle aumentado 10 veces de la estructura celular, que está mostrada en la figura 1, con una pared nanocelular de la celdilla.

La matriz polimérica del material espumado termoplástico, en forma de partículas, está constituida por una fase continua, rica en polímero de estireno, y por una fase dispersa, rica en poliolefina.

De manera especialmente preferente, los materiales espumados termoplásticos, en forma de partículas, contienen una matriz polimérica, que está constituida por

A) desde un 45 hasta un 98,9 % en peso, de manera especial desde un 55 hasta un 89,9 % en peso de un polímero de estireno, de manera especial de poliestireno,

B) desde un 1 hasta un 45 % en peso, de manera especial desde un 4 hasta un 37 % en peso de una poliolefina, de manera especial de polietileno y

C) desde un 0,1 hasta un 10 % en peso, de manera especial desde un 3 hasta un 8 % en peso de un copolímero bloque, hidrogenado o no hidrogenado, de estireno-butadieno.

Los materiales espumados termoplásticos, en forma de partículas, pueden ser obtenidos por medio de un procedimiento, según el cual

a) se prepara una mezcla polimérica con una fase continua y con una fase dispersa por medio de la mezcla de dos polímeros termoplásticos incompatibles y, en caso dado, un promotor de la compatibilidad,

b) estas mezclas se impregnan con un agente propulsor y son granuladas para formar partículas poliméricas expandibles, termoplásticas,

c) las partículas poliméricas expandibles, termoplásticas se transforman en espuma para formar partículas de material espumado, y

d) las partículas de material espumado, que han sido sometidas a una espumación previa, son soldadas en un molde con aire caliente o con vapor de agua a una presión de elaboración que se elige con un valor tan bajo, que se conserve la estructura nanocelular o en forma de fibras en las membranas de las celdillas y que, de manera usual, se encuentra situada en el intervalo comprendido entre 1,5 y 2,3 bares, para formar piezas moldeadas de material espumado, en forma de partículas.

En otra forma de realización, también puede ser granulada en primer lugar en la etapa b) la mezcla de los polímeros, y los granulados son sometidos a una impregnación ulterior a continuación en fase acuosa bajo presión y a temperatura elevada, con un agente propulsor para formar partículas poliméricas expandibles, termoplásticas. Estas partículas pueden ser aisladas a continuación, después del enfriamiento por debajo de la temperatura de fusión de la matriz polimérica, o peden ser obtenidas directamente, por medio de una disminución de la presión, en forma de partículas de material espumado, que han sido sometidas a una espumación previa (etapa c).

De igual modo, se conoce en el sector de los sistemas poliméricos polifásicos, que la mayoría de los polímeros no son miscibles entre sí o únicamente son ligeramente miscibles entre sí (Flory) de tal manera, que se produce la separación en las fases respectivas de conformidad con la temperatura, la presión y la composición química. Cuando sean enlazados entre sí de forma covalente polímeros incompatibles, no tendrá lugar una separación de la mezcla en el plano macroscópico, sino que, tan solo, esta separación se producirá en el plano microscópico, es decir a escala longitudinal de las cadenas polimerasa individuales. Por este motivo, en este caso se habla de separación de microfases. De aquí resulta una pluralidad de estructuras mesoscópicas, por ejemplo morfologías laminares, hexagonales, cúbicas y bicontinuas, que presentan un fuerte parentesco con las fases liotrópicas.

La mezcla polimérica, con una fase continua y con una fase dispersa, puede ser preparada por medio de la mezcla de dos polímeros termoplásticos incompatibles, por ejemplo en una extrusora.

La mezcla polimérica contiene, de manera preferente,... [Seguir leyendo]

1. Material espumado termoplástico, en forma de partículas, con celdillas con un tamaño medio de celdilla situado en el intervalo comprendido entre 20 y 500 µm, caracterizado porque las membranas de las celdillas presentan una estructura nanocelular o en forma de fibras con diámetros de los poros o bien de las fibras con un valor menor que 1.500 nm.

2. Material espumado termoplástico, en forma de partículas según la reivindicación 1, caracterizado porque el diámetro medio de los poros o bien de las fibras de la estructura nanocelular o en forma de fibras está situado en el intervalo comprendido entre 10 y 1.000 nm.

3. Material espumado termoplástico, en forma de partículas según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la matriz polimérica está constituida por una fase continua, rica en estireno, y por una fase dispersa, rica en poliolefina.

4. Material espumado termoplástico, en forma de partículas según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la matriz polimérica está constituida por

A) desde un 45 hasta un 98,9 por ciento en peso de polímero de estireno,

B) desde un 1 hasta un 45 por ciento en peso de poliolefina y

C) desde un 0,1 hasta un 10 por ciento en peso de un copolímero bloque de estireno-butadieno hidrogenado o no hidrogenado.

5. Procedimiento para la obtención de materiales espumados termoplásticos, en forma de partículas según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque

a) se prepara una mezcla polimérica con una fase continua y con una fase dispersa por mezcla de dos polímeros termoplásticos incompatibles,

b) esta mezcla se impregna con un agente propulsor y se granula para formar partículas poliméricas expandibles, termoplásticas,

c) las partículas poliméricas expandibles, termoplásticas, se someten a una espumación previa para formar partículas de material espumado, y

d) las partículas de material espumado, que han sido sometidas a una espumación previa, se sueldan en un molde con aire caliente o con vapor de agua a una presión de elaboración elegida a un valor tan bajo, que se mantenga la estructura nanocelular o en forma de fibras en las membranas de las celdillas, para formar piezas moldeadas de material espumado en forma de partículas.

6. Procedimiento para la obtención de materiales espumados termoplásticos, en forma de partículas, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque

a) se prepara una mezcla polimérica con una fase continua y con una fase dispersa por mezcla de dos polímeros termoplásticos incompatibles,

b) esta mezcla es granulada y es impregnada ulteriormente en fase acuosa, bajo presión y a temperatura elevada, con un agente propulsor para formar partículas poliméricas expandibles, termoplásticas,

c) las partículas poliméricas expandibles, termoplásticas, son sometidas a una espumación previa para formar partículas de material espumado, y

d) las partículas de material espumado, que han sido sometidas a una espumación previa, se sueldan en un molde con aire caliente o con vapor de agua a una presión de elaboración elegida a un valor tan bajo, que se mantenga la estructura nanocelular o en forma de fibras en las membranas de las celdillas, para formar piezas moldeadas de material espumado.

7. Procedimiento según la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque el diámetro medio de la fase dispersa de la mezcla polimérica está situado en el intervalo comprendido ente 1 bis 1,500 nm.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque la mezcla polimérica se prepara en la etapa a) por mezcla de

A) desde un 45 hasta un 98,9 por ciento en peso de polímero de estireno,

B) desde un 1 hasta un 45 por ciento en peso de poliolefina y

C) desde un 0,1 hasta un 10 por ciento en peso de un copolímero bloque de estireno-butadieno hidrogenado o no hidrogenado.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque en la etapa b) es empleado desde un 1 hasta un 10 por ciento en peso, referido a la mezcla polimérica, de un hidrocarburos con 3 hasta 8 átomos de carbono, a título de agente propulsor.