ESPUMAS BIODEGRADABLES EXPANDIDAS Y EXTRUIDAS Y DE EMISIONES REDUCIDAS HECHAS CON AGENTES DE SOPLADO BASADOS EN FORMIATO DE METILO.

Espumas biodegradables expandidas y extruidas y de emisiones reducidas hechas con agentes de soplado basados en formiato de metilo Campo de la invención La presente invención se refiere en general a espumas hechas de polímeros biodegradables y agentes de soplado ecológicos, y a procesos para hacer las mismas. En particular, la presente invención se refiere a espumas biodegradables y de emisión reducida estables hechas de polímeros biodegradables que experimentan descomposición hidrolítica o biodegradación, que usan agentes de soplado basados en formiato de metilo, y a procesos para hacer las mismas. Las espumas de polímeros biodegradables sirven como sustitutos ecológicos en aplicaciones donde tradicionalmente se usan espumas hechas de polímeros derivados de petróleo. Antecedentes de la invención Actualmente las espumas usadas en materiales de embalaje, protectores y aislantes se hacen de termoplásticos derivados de aceite y gas natural tal como polímeros alquenilaromáticos (por ejemplo, poliestireno) o poliolefinas (por ejemplo, polietileno o polipropileno). Tales polímeros, designados en el presente documento polímeros convencionales o plásticos convencionales, no experimentan biodegradación y se convierten en un elemento fijo de vertederos y basuras. Por otra parte, los polímeros biodegradables son termoplásticos que se procesan fácilmente por fusión como los termoplásticos convencionales, pero con el atributo añadido de que experimentan descomposición hidrolítica o biodegradación en entornos aerobios (tales como abonos) y anaerobios (tales como vertederos) donde los microbios rompen el polímero para dar principalmente metano, dióxido de carbono, un residuo orgánico llamado humus y agua. Los polímeros biodegradables se pueden hacer a partir de materia prima petroquímica o, de forma alternativa, de biomasa renovable tal como, por ejemplo, maíz, caña de azúcar, madera, pasto varilla o soja. Los polímeros biodegradables petroquímicos incluyen, por ejemplo, varios poliésteres tales como Biomax y Ecoflex. Los polímeros basados en biomasa, también conocidos como biopolímeros, incluyen, por ejemplo, polímeros que contienen hidroxiácidos tales como polilactida o sus ésteres tales como polihidroxialcanoatos. Sin embargo, se debe advertir, que no todos los biopolímeros son biodegradables, y no todos los polímeros basados en petróleo son no biodegradables. Recientemente, la llegada del polímeros derivados de biomasa ha mostrado que se pueden preparar termoplásticos biodegradables que tienen propiedades similares a los de plásticos convencionales en una escala comercial. Si se pueden encontrar medios para mejorar adicionalmente las propiedades de los polímeros biodegradables (por ejemplo, resistencia mecánica, viscosidad de elongación, estabilidad en un amplio intervalo de temperatura, compatibilidad con polímeros convencionales y otros biodegradables, etc.) entonces, al sustituir polímeros convencionales con polímeros biodegradables, los aspectos medioambientales de los residuos de plástico sólido se pueden mitigar en gran parte y, para ciertas aplicaciones, se pueden eliminar por completo. Las espumas biodegradables se pueden usar para varias aplicaciones de embalaje donde actualmente se emplean espumas hechas de polímeros convencionales. Las espumas habitualmente se fabrican como bolas expandidas, láminas extruidas o tableros extruidos. La diferencia entre las espumas expandidas y extruidas es que las espumas extruidas, en forma de láminas o tableros continuos, se hacen en un proceso de un único paso; mientras que las espumas expandidas, en forma de piezas discretas, de tamaño pequeño, se hacen en un proceso de múltiples pasos. Por tanto, las dimensiones de la espuma expandida son mucho más pequeñas que las de la espuma extruida. Además, las espumas expandidas no tienen que tener necesariamente la forma de bolas o cacahuetes, sino que también se pueden hacer de pellas, varillas, plaquetas, lámina o película fina. Por conveniencia, se usará a lo largo de esta aplicación el término bola o pellas para implicar otras formas en las se pueden usar partículas pequeñas, discretas de polímero para hacer espumas expandidas. En general, se pueden usar espumas en forma de bolas o láminas que tienen un espesor de menos de aproximadamente media pulgada (12,7 mm) para hacer materiales de embalaje tales como envases (por ejemplo, copas, cuencos, envases con bisagra, cestas de picnic) para bebidas o alimentos calientes o fríos, en donde las bolas se fusionan o la lámina se termoforma en un molde para dar el material de embalaje de la forma deseada. Tales espumas también se usan como materiales protectores y de amortiguación para el transporte de artículos delicados o sensibles a choques por lo que las bolas de espuma se pueden usar como material de embalaje con relleno suelto y las láminas finas se pueden usar para proporcionar envoltorio protector. Los productos de espuma de embalaje y aislantes con un espesor mayor de aproximadamente 0,5 pulgadas (12,7 mm) se denominan tablones o tableros. Tales tableros de espuma se producen en la forma y tamaño deseados mediante extrusión directa y cortando si es necesario, o mediante fusión de bolas de espuma expandida. Los tableros de espuma se pueden usar para embalaje protector troquelando los tableros a varias formas, para aislamiento, para disipar la energía mecánica como en partes de automoción o para corchos amortiguadores. Es 2     deseable que las espumas usadas en tales aplicaciones diversas sean dimensionalmente estables; esta característica es incluso más deseable para tablones o tableros. Las 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 expanden calentando rápidamente a una temperatura cerca o por encima de la temperatura de transición vítrea o fusión cristalina del sistema polímero-agente de soplado, o se someten a un esfuerzo de compresión externa a una temperatura de hasta la temperatura de transición vítrea o de fusión cristalina del sistema polímero-agente de soplado. En la actualidad, los agentes de soplado físicos más comúnmente usados para hacer espumas poliméricas termoplásticas 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 potencial de calentamiento global (PCG) 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 de esta manera complica y aumenta significativamente el coste de fabricación. En esfuerzos para hacer espumas de polímeros biodegradables (bolas o láminas) los agentes de soplado convencionalmente usados, tales como los COV, han sido la elección obvia, a pesar de que tales usos están asociados con los mismos problemas medioambientales que se han advertido anteriormente. Por tanto, es deseable minimizar o eliminar del todo el uso de tales compuestos como agentes de soplado para la preparación de espumas de polímeros biodegradables. 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, tiene PDO cero y PCG despreciable. La patente de EE UU número 6.753.357 a Kalinowski et al., 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. La patente de EE UU No. 3.358.060 a Ohsol, se dirige a un proceso para formar cuerpos de espuma con un espesor de hasta cuatro pulgadas (10,16 cm) mediante la mezcla previa de pellas del polímero con una cantidad minoritaria de absorbente, que se ha cargado con la cantidad deseada de agente espumante, y después extrusión... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para producir una estructura de espuma polimérica biodegradable que comprende: preparar una formulación polimérica expandible que comprende un polímero biodegradable y un agente de soplado, el agente de soplado comprendiendo formiato de metilo; y expandir la formulación para formar la estructura de espuma polimérica biodegradable, en donde el agente de soplado es una mezcla que comprende desde el 1 por ciento en peso hasta el 99 por ciento en peso de formiato de metilo, e incluye además al menos un agente de cosoplado. 2. El proceso de la reivindicación 1, en donde la estructura de espuma polimérica es un tablón o lámina de espuma polimérica. 3. El proceso de la reivindicación 1 o 2, en donde preparar la formulación polimérica expandible incluye además formar la formulación en una bola expandible antes del paso de expansión. 4. El proceso de la reivindicación 3, 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 biodegradable; (ii) mezclar una cantidad eficaz del agente de soplado en el polímero biodegradable 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 del agente de soplado en el polímero biodegradable; c. sintetizar el polímero biodegradable en presencia del agente de soplado. 5. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, en donde preparar la formulación polimérica expandible comprende: fundir un polímero biodegradable; y disolver una cantidad eficaz del agente de soplado en el polímero biodegradable para definir la formulación. 6. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 5, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en un hidrocarburo, un hidrocarburo halogenado, un éster, un éter, un acetal, un alcanol, un carbonato, una amina, una cetona, un agente inorgánico y un agente de soplado químico. 7. El proceso según la reivindicación 6, en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en etano, propano, n-butano, isobutano, isopentano, 1,1-difluoroetano (HFC-152a), 1,1,1,2tetrafluoroetano (HCF-134a), trans-1,2-dicloroetileno, 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC-245fa), éter dimetílico, dióxido de carbono y cualquier combinación de los mismos. 8. El proceso de la reivindicación 7, en donde la mezcla de agentes de soplado comprende formiato de metilo y 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HCF-134a). 9. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 8, en donde el polímero biodegradable incluye poli(ácido láctico) (PLA), poli(ácido glicólico) (PGA), poli(lactida-co-glicolida) (PLGA), poli(caprolactona) (PCL), poli(etilenglicol) (PEG), poli(hidroxialcanoatos) (PHA), Hybrane, Biomax, Ecoflex, celulosa acetilada, almidón, un derivado de almidón, un copolímero de PLA y Ecoflex (Ecovio), o una combinación de los mismos. 10. El proceso de la reivindicación 5, en donde el proceso incluye además el paso de mezclar al menos un polímero termoplástico no biodegradable con el polímero biodegradable antes del paso de disolución. 11. El proceso de la reivindicación 10, en donde el proceso incluye además el paso de añadir al menos un compatibilizador a los polímeros biodegradable y no biodegradable antes del paso de disolución, y/o en donde el polímero termoplástico no biodegradable es un polímero alquenilaromático, un polímero acrílico, una poliolefina o mezclas de los mismos.     12. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 11, en donde la estructura de espuma polimérica tiene una densidad de 1 a 15 lb/ft 3 (de 16 a 240 kg/m 3 ). 13. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 12, en donde la formulación polimérica expandible comprende desde el 1 por ciento en peso hasta el 20 por ciento en peso del agente de soplado. 14. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 13, en donde la formulación polimérica expandible comprende desde el 3 por ciento en peso hasta el 9 por ciento en peso del agente de soplado. 15. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 14, en donde la estructura de espuma polimérica biodegradable es una estructura de células sustancialmente cerradas. 16. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde el al menos un agente de cosoplado comprende un hidrocarburo. 17. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde el al menos un agente de cosoplado comprende dióxido de carbono. 18. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en donde el al menos un agente de cosoplado comprende dióxido de carbono e i-butano. 19. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en donde la estructura de espuma es dimensionalmente estable. 20. Una estructura de espuma polimérica biodegradable preparada mediante un proceso que comprende: preparar una formulación polimérica expandible que comprende un polímero biodegradable y un agente de soplado, el agente de soplado comprendiendo formiato de metilo; y expandir la formulación para formar la estructura de espuma polimérica biodegradable, en donde el agente de soplado es una mezcla que comprende desde el 1 por ciento en peso hasta el 99 por ciento en peso de formiato de metilo, y además incluye al menos un agente de cosoplado. 21. La estructura de espuma polimérica biodegradable de la reivindicación 20, en donde la estructura de espuma polimérica es un tablón o lámina de espuma polimérica; y/o la estructura de espuma polimérica en donde preparar la formulación polimérica expandible incluye además formar la formulación en una bola expandible antes del paso de expansión; y/o la estructura de espuma polimérica en donde el al menos un agente de cosoplado se selecciona del grupo que consiste en un hidrocarburo, un hidrocarburo halogenado, un éster, un éter, un acetal, un alcanol, un carbonato, una amina, una cetona, un agente inorgánico y un agente de soplado químico. 22. Una estructura de espuma polimérica compuesta que comprende una estructura de espuma biodegradable según la reivindicación 20, y un recubrimiento de película dispuesto sobre la espuma, el recubrimiento de película comprendiendo un polímero termoplástico no biodegradable, un polímero biodegradable o una combinación de los mismos. 23. La estructura de espuma polimérica de cualquiera de las reivindicaciones 20 o 21 o la estructura de espuma polimérica compuesta de la reivindicación 22, en donde el al menos un agente de cosoplado comprende un hidrocarburo. 24. La estructura de espuma polimérica de cualquiera de las reivindicaciones 20, 21 o 23 o la estructura de espuma polimérica compuesta de cualquiera de las reivindicaciones 22 o 23, en donde el al menos un agente de cosoplado comprende dióxido de carbono. 25. La estructura de espuma polimérica de cualquiera de las reivindicaciones 20, 21 o 23 o 24 o la estructura de espuma polimérica compuesta de cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24, en donde el al menos un agente de cosoplado comprende dióxido de carbono e i-butano. 26. La estructura de espuma polimérica de cualquiera de las reivindicaciones 20, 21 o 23 a 25 o la estructura de espuma polimérica compuesta de cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, en donde la estructura de espuma es dimensionalmente estable. 16     17     18     19