Objeto de polímero espumado multicapa.

Un artículo manufacturado (10) de polímero espumado multicapa,

que comprende: una lámina de material termoplástico multicapa no laminado, la lámina de material termoplástico multicapa tiene una primera y una segunda capas exteriores discretas (1, 1') que forman sándwich con una pluralidad de capas interiores discretas espumadas, en la cual las dos capas exteriores (1, 1') y la pluralidad de capas interiores espumadas discretas están integradas entre sí, en la cual la pluralidad de capas interiores espumadas discretas incluye dos segundas capas interiores espumadas (2, 2') sustancialmente idénticas colocadas inmediatamente adyacentes a las dos capas externas de piel y una tercera capa interior espumada (3) colocada inmediatamente adyacente e interpuesta entre las segundas capas internas espumadas (2, 2') .

Objeto de polímero espumado multicapa REFERENCIA CRUZADA EN APLICACIONES RELACIONADAS

Esta solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud Provisional estadounidense Nº 60/885.374 presentada el 17 de enero de 2007 y de la Solicitud Provisional estadounidense Nº 60/886.506 presentada el 24 de enero de 2007, ambas incorporadas aquí por referencia en su integridad y a todos los efectos.

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se relaciona generalmente con materiales plásticos espumados y más específicamente, a objetos de material termoplástico espumado microcelular y a artículos manufacturados que tengan una estructura multicapa, así como a los métodos para la fabricación de los mismos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La espuma de plástico microcelular se refiere a un polímero que ha sido espumado especialmente de tal manera que se creen microporos o celdillas (también llamadas a veces burbujas) . La definición común incluye espumas que tengan un tamaño medio de celdilla del orden de 10 micras de diámetro, y que típicamente oscilan entre las 0, 1 y las 100 micras de diámetro. En comparación, las espumas plásticas convencionales tienen un diámetro medio aproximado de celdilla de entre 100 y 500 micras. Debido a que las celdillas de las espumas plásticas microcelulares son muy pequeñas, para el observador casual estas espumas de especialidad generalmente mantienen el aspecto de un plástico sólido.

Las espumas plásticas microcelulares pueden usarse en muchas aplicaciones como, por ejemplo, aislamiento, embalaje, estructuras y filtros (D. Klempner and K.C. Fritsch, eds., Handbook of Polymeric Foams and Foam Technology, Hanser Publishers, Munich (1991) ) . Las espumas plásticas microcelulares tienen muchas características exclusivas. Específicamente, ofrecen buenas propiedades mecánicas y una reducción simultánea delos costes de material y de los pesos. Ésta es una de las ventajas de las espumas microcelulares sobre las espumas convencionales en las que la reducción de peso se alcanza a expensas de una reducción en las propiedades mecánicas. Además, en la tecnología convencional para producir espuma se utilizan típicamente como agentes espumantes productos perjudiciales para la capa de ozono como clorofluorcarburos (CFCs) o hidroclorofluorocarburos (HCFCs) , así como hidrocarburos inflamables. La tecnología del proceso de la espuma microcelular tiene, por otra parte, la ventaja adicional de utilizar agentes espumantes respetuosos con el medio ambiente como, por ejemplo, el dióxido de carbono y el nitrógeno.

El proceso para fabricar espumas plásticas microcelulares ha sido desarrollado sobre la base de la inestabilidad hemodinámica que causa la nucleación de las celdillas (J.E. Martini, SM Tesis, Departamento de Ingeniería Mecánica, MIT, Cambridge, Mass, (1981) ) , Primero, un polímero se satura con un agente espumante volátil a alta presión. Después, mediante una bajada rápida de la presión, disminuye la solubilidad del agente espumante en el polímero y el polímero se sobresatura. El sistema se calienta para ablandar la matriz del polímero y se nuclean un gran número de celdillas. El agente espumante se difunde, tanto hacia el exterior como al interior de un gran número de pequeñas celdillas. Dicho de forma ligeramente distinta, la espuma plástica microcelular se puede producir saturando un polímero con un gas o un fluido supercrítico y usando una inestabilidad termodinámica, típicamente una bajada rápida de presión, para generar miles de millones de celdillas por centímetro cúbico (o sea, la densidad de burbujas es mayor que 108 celdillas por centímetro cúbico) dentro de la matriz del polímero.

Hay varias patentes y publicaciones de patentes que divulgan diversos aspectos de las espumas plásticas microcelulares y de los procesos para fabricarlas. Ejemplos a este respecto son los siguientes:

La Patente estadounidense Nº 4.473.665 para Martini-Vvedensky et al. (emitida el 25 de septiembre de 1984) revela las espumas plásticas microcelulares y los métodos relacionados. En esta patente, se divulga un proceso discontinuo en el cual una lámina, u otro artículo, de plástico se impregna con un gas inerte bajo presión; la presión se reduce a la del ambiente: la lámina o artículo de plástico se calienta hasta un punto de reblandecimiento para iniciar la nucleación de las burbujas y la espumación; y cuando se ha alcanzado el grado deseado de espumación, la lámina o artículo de plástico se enfría rápidamente para terminar la espumación. El producto resultante es una espuma plástica microcelular

La Patente estadounidense Nº 4.761.256 para Hardenbrook et al. (emitida el 1 de marzo de 1998) publica un proceso en el cual una red de material plástico se impregna con un gas inerte y el gas se difunde fuera de la red de forma controlada. La red es recalentada en una estación externa a la extrusora para inducir la espumación; la temperatura y la duración del proceso de espumado se controlan de manera que se produzcan celdillas uniformemente distribuidas. El proceso está diseñado para proporcionar una producción continua de hoja de plástico espumado microcelular.

La Patente estadounidense Nº 5.158.986 para Cha et al. (emitida el 27 de octubre de 1992) revela la formación de espumas microcelulares de plástico usando un fluido supercrítico como agente de soplado. En un proceso por lotes, un artículo de plástico se sumerge a presión durante cierto tiempo, en un fluido supercrítico y después se vuelve rápidamente a las condiciones ambientales para crear un cambio de solubilidad y la nucleación. En un proceso continuo, se extruye una hoja polimérica que puede hacerse pasar a través de rodillos por un recipiente de fluido supercrítico a presión y después se expone rápidamente a las condiciones ambientales. En otro proceso continuo, se establece una corriente de polímero fundido saturado con fluido supercrítico. La corriente de polímero se calienta rápidamente y la inestabilidad termodinámica resultante (cambio en la solubilidad) crea lugares de nucleación (mientras el sistema se mantiene bajo presión para evitar un crecimiento significativo de las celdillas) . La corriente de polímero se inyecta en una cavidad de moldeo donde se reduce la presión y se permite crecer a las celdillas.

La patente estadounidense Nº 5.684.055 para Kumar et al. (emitida el 4 de noviembre de 1997) publica un proceso para la producción semi-continua de artículos de espuma microcelular. En una realización preferida, se provee a un rollo de lámina de polímero con un medio de canalización de gas intercalado entre las capas del polímero. El rollo está expuesto a un gas no reactivo a presión elevada durante un período de tiempo suficiente para alcanzar la concentración deseada de gas en el polímero. La lámina de polímero saturada se separa de los medios de canalización de gas y se inicia la nucleación y el crecimiento de las burbujas calentando la lámina de polímero. Después del espumado, la nucleación y el crecimiento de las burbujas se detienen enfriando la lámina de polímero espumado.

Aunque se han hecho muchos progresos respecto al desarrollo de objetos y artículos manufacturados de material plástico espumado microcelular, aún son necesarios, en la técnica nuevos y distintos tipos de materiales plásticos espumados. La presente invención responde a estas necesidades y proporciona ventajas relacionadas adicionales.

US2005/203198 publica un artículo de polímero espumado multicapa que comprende una primera y una segunda capa exteriores discretas integradas en una capa interior discreta espumada.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

En resumen, la presente invención está relacionada con objetos y artículos manufacturados de material termoplástico espumado que tienen una estructura interna celular y por capas. En una realización, la invención está dirigida a un artículo manufacturado (10) de polímero espumado multicapa, comprendiendo: una lámina de material termoplástico multicapa no laminado, la lámina de material termoplástico multicapa tiene una primera y una segunda capas exteriores discretas (1, 1') que se integran en una pluralidad de capas interiores discretas espumadas, donde las dos capas exteriores (1, 1') y la pluralidad de capas interiores espumadas discretas están integradas entre sí, donde la pluralidad de capas interiores espumadas discretas incluye dos segundas capas interiores espumadas (2, 2') sustancialmente idénticas colocadas inmediatamente adyacentes a las dos capas externas... [Seguir leyendo]

1. Un artículo manufacturado (10) de polímero espumado multicapa, que comprende: una lámina de material termoplástico multicapa no laminado, la lámina de material termoplástico multicapa tiene una primera y una segunda capas exteriores discretas (1, 1') que forman sándwich con una pluralidad de capas interiores discretas espumadas, en la cual las dos capas exteriores (1, 1') y la pluralidad de capas interiores espumadas discretas están integradas entre sí, en la cual la pluralidad de capas interiores espumadas discretas incluye dos segundas capas interiores espumadas (2, 2') sustancialmente idénticas colocadas inmediatamente adyacentes a las dos capas externas de piel y una tercera capa interior espumada (3) colocada inmediatamente adyacente e interpuesta entre las segundas capas internas espumadas (2, 2') .

2. Un artículo manufacturado (20) de polímero espumado multicapa, que comprende: una lámina de material termoplástico multicapa no laminado, la lámina de material termoplástico multicapa tiene una primera y una segunda capas exteriores discretas (1, 1') que forman sándwich con una pluralidad de capas interiores discretas espumadas, en la cual las dos capas exteriores (1, 1') y la pluralidad de capas interiores espumadas discretas están integradas entre sí, en la cual la pluralidad de capas interiores espumadas discretas incluye dos segundas capas interiores espumadas (2, 2') sustancialmente idénticas colocadas inmediatamente adyacentes a las dos capas externas de piel (1, 1') , incluye dos terceras capas interiores espumadas (3, 3') sustancialmente idénticas colocadas inmediatamente adyacentes a las segundas capas interiores espumadas (2, 2') y una cuarta capa central espumada (4) interior adyacente e interpuesta entre las terceras capas interiores espumadas (3, 3') .

3. El artículo manufacturado (10, 20) de polímero espumado multicapa según cualquiera de las reivindicaciones precedentes en el que el material termoplástico es un polímero semicristalino.

4. El artículo manufacturado (10, 20) de polímero espumado multicapa según la reivindicación en el que el polímero semi-cristalino se elige de un grupo consistente en PET (politereftalato de etileno) , PEEK (poliéteréter-cetona) , PEN (polinaftalato de etileno) , PBT (politereftalato de butileno) , PMMA (poli-metacrilato de metilo) , PLA (polilactida) , ácido poli-hidroxílico (PHA) , uretano termoplástico (TPU) , y mezclas de ellos.

5. El artículo manufacturado (10, 20) de polímero espumado multicapa según la reivindicación 3 en el cual el polímero semicristalino es el PET (politereftalato de etileno) y las dos capas exteriores (1, 1') son capas de piel no espumadas que tienen la superficie exterior lisa.

6. El artículo manufacturado (10, 20) de polímero espumado multicapa según la reivindicación 1 ó 2 en la que cada pluralidad de las capas discretas espumadas interiores (2, 2', 3, 3', 4) es microcelular.

7. El artículo manufacturado (10, 20) de polímero espumado multicapa según la reivindicación 1 ó 2 en el que las segundas capas interiores espumadas (2, 2') incluyen, cada una, una primera pluralidad de celdillas cerradas, en la que la primera pluralidad de celdillas cerradas tiene un diámetro medio de la celdilla entre unas 5 y unas 10 micras) .

8. El artículo manufacturado (10, 20) de polímero espumado multicapa según la reivindicación 1 ó 2 en el que las terceras capas interiores espumadas (3, 3') incluyen, cada una, una segunda pluralidad de celdillas cerradas, en la que la segunda pluralidad de celdillas cerradas tiene un diámetro medio de la celdilla entre unas 30 y unas 50 micras) .

9. El artículo manufacturado (10, 20) de polímero espumado multicapa según la reivindicación 2 en el que la cuarta capa interior espumada (4) incluye una tercera pluralidad de celdillas cerradas, en la que la tercera pluralidad de celdillas cerradas tiene un diámetro medio de la celdilla de entre unas 20 y unas 40 micras) .

10. El artículo manufacturado (10, 20) de polímero espumado multicapa según la reivindicación 1 ó 2 en el que la lámina de material termoplástico no es plana.

11. El artículo manufacturado (10, 20) de polímero espumado multicapa según la reivindicación 1 ó 2 en el que la densidad y la rigidez de la lámina de material termoplástico multicapa tienen un gradiente a través de la lámina, de forma que las capas más externas de la pluralidad de capas discretas interiores espumadas tiene la mayor densidad y rigidez de la pluralidad de capas discretas interiores espumadas.

Fig 1 Fig 2 Fig 3 Fig 4 Fig 5 Fig 6 Fig 7 Fig 8 Fig 9 Fig 10