Artículo y método para producir una mezcla de espuma de baja densidad de polímero estirénico y poliolefina.

Una espuma polimérica extruida que comprende:

(i) un polímero estirénico que tiene una temperatura de transición vítrea (Tg);

en donde la Tg se obtiene usando el método de mitad de altura de la segunda curva de fusión de la DSC según la norma ASTM E1356-03;

en donde el polímero estirénico consiste esencialmente en un copolímero de estireno-acrilonitrilo;

y en donde el copolímero de estireno-acrilonitrilo tiene un componente de acrilonitrilo de 5% a 25% basado en el peso total del copolímero de estireno-acrilonitrilo; y

(ii) un polímero olefínico que tiene una temperatura de cristalización (Tc);

en donde la Tc es la temperatura de fusión máxima obtenida de la curva de enfriamiento usando una calorimetría diferencial de barrido (DSC) según el método ASTM D3418-03; y

en donde el polímero olefínico consiste esencialmente en polietileno, polipropileno, copolímero etilénico, o cualquier combinación de los mismos;

en donde la Tg del polímero estirénico y la Tc de la poliolefina, están en un intervalo de 30ºC una respecto a otra; en donde la cantidad de material poliolefínico a material estirénico es de 2:98 a 20:80;

en donde el polímero estirénico y el polímero olefínico están presentes como una mezcla que incluye menos de 5% de interpolímero o menos de 2% de cualquier otro compatibilizador por peso total de polímero; y

en donde la espuma tiene una densidad inferior a 36 kg/m3 (medida según la norma ASTM D1622-03), una resistencia a la compresión vertical mayor de 100 kPa y menor de 300 kPa (medida según la norma ASTM D1621- 04), y una relación de resistencia a la compresión (Rc) mayor de 0,35.

Artículo y método para producir una mezcla de espuma de baja densidad de polímero estirénico y poliolefina Campo de la invención La presente invención se refiere en general a espumas poliméricas termoplásticas, y en particular a mezclas de espumas extruidas de baja densidad y a su procesamiento.

Antecedentes de la invención En el campo del procesamiento de polímeros, las espumas de poliestireno extruido se producen en general con densidad relativamente alta, normalmente por encima de 36 kilogramos por metro cúbico (kg/m3) . Para reducir la densidad de la espuma, se puede usar una post-expansión secundaria tal como post-expansión con vapor de agua o vacío para aumentar la eficacia del agente de soplado. Sin embargo, se observa que con el uso de la postexpansión secundaria, la espuma tiende a expandirse en una dirección en general paralela a la dirección de extrusión (normalmente conocida como la "dirección de la máquina" y a lo largo del eje X en un sistema cartesiano) y no tiende a expandirse en una dirección en general perpendicular a la dirección de extrusión (normalmente conocida como la "dirección transversal de la máquina" y a lo largo del eje Y en un sistema cartesiano) . Como consecuencia de la expansión en la dirección de la máquina, se puede producir una caída de la resistencia a la compresión vertical (medida según la norma de la American Society for Testing Materials ("ASTM") ASTM D1621-04) , en donde la resistencia a la compresión vertical sería la resistencia a la compresión en respuesta a una carga a lo largo del eje Z en un sistema cartesiano (denominado normalmente la dimensión del grosor, que es mutuamente perpendicular a los ejes X e Y) . La resistencia a la compresión vertical influye en una medida conocida como la "relación de resistencia a la compresión (Rc) ". La relación de resistencia a la compresión "Rc" es la relación de la resistencia a la compresión vertical a la resistencia a la compresión total del artículo espumado. La resistencia a la compresión total es una suma de la resistencia a la compresión en los ejes X, Y y Z de la espuma.

En muchas aplicaciones para espumas extruidas, tal como artículos de absorción de energía o barreras de seguridad, a menudo se desea que la espuma tenga una densidad relativamente baja (p. ej., menor de aproximadamente 36 kg/m3 medida según la norma ASTM D1622-03) , Rc relativamente alta (p. ej. mayor de aproximadamente 0, 35) o ambos. También se pueden desear espumas con una resistencia a la compresión vertical preferiblemente mayor de aproximadamente 100 kilo-Pascal (kPa) y menor de aproximadamente 300 kPa según la norma ASTM D1621-04) . También pueden ser deseables un buen acabado superficial (p. ej., sustancialmente sin grietas) y una buena estructura alveolar (p. ej., celdas de la espuma que contienen pequeños agujeros menos de aproximadamente 5 por ciento (%) del tiempo en el caso de una espuma de celda cerrada) . También es atractivo producir dicha espuma con consecuencias medioambientales relativamente benignas.

En general, antes de la presente invención, la técnica buscaba lograr las características de la espuma mencionadas antes mediante el uso de mezclas de resina de poliestireno y poliolefina e ingredientes compatibilizadores caros. Por ejemplo, un procedimiento ha sido usar compatibilizadores poliméricos (p. ej., caucho de estireno-dieno conjugado hidrogenado, interpolímero de etileno-estireno, copolímero de tribloques de estireno-isopreno-estireno, o similares) , modificadores de la permeabilidad (p. ej., monoestearato de glicerol, glicérido del ácido monoesteárico, monoestearina, o similares) , o un agente de reticulación. A modo de ilustración, la patente de EE.UU. nº 6.048.909 describe una espuma con características atractivas en las que se usa un interpolímero en una mezcla.

Del lado del procesamiento, se ha usado limoneno como adyuvantes de espumado, polimerización en emulsión o se han usado agentes de soplado que dañan el medio ambiente (p. ej., mezcla de cloro y diclorodifluorometano "CFC12") . A modo de ilustración, la patente de EE.UU. nº 4.515.907 y patente japonesa 61101538A describen una espuma fabricada con uno o ambos agentes de soplado que dañan el medio ambiente mencionados antes.

Entre la bibliografía que se refiere a esta tecnología se incluyen los siguientes documentos de patentes: solicitud de patente publicada de Estados Unidos ("USPub") ; patente de Estados Unidos ("US") ; solicitud internacional publicada en virtud del Tratado de Cooperación en materia de patentes ("WO") ; patente japonesa ("JP") ; patente alemana ("DE") ; patente europea ("EP") ; USPub2002111389A1; US5.290.822; US4.652.590; USPub2004152795A1; US4.515.907; USPub2005154115A1; US4.692.471; US4.605.682; US5.693.687; US6.225.363; US5.137.933; US6.048.909; US5.591.778; WO2004087798A1; WO2000053669A1 WO9951667A1; WO8808864A1; WO9114724A2; JP06049256A; JP04089846A; JP2004352927A; JP62174237A; JP03081347A; JP02232240A; JP61101538A; JP59105036A; JP58191727; JP62280237A; JP2004323635A; DE102004042297A1; DE102004042297A1; EP1095969A2; y EP1847566A1.

El documento EP 1847566 describe una mezcla que comprende al menos 70% en peso de una resina de poliestireno y de 0, 5% a 30% en peso de un termoplástico diferente, para mezclar para la elaboración de una espuma, un método para producirla y su uso como un aislante térmico.

El documento WO 00/78851 describe una espuma polimérica de celda cerrada que se forma usando negro de horno que contiene aceite como potenciador del aislamiento.

Wong et al., Journal of Cellular Plastics, 2006, p153-163 examinan la densidad de espuma del poliestireno (S) mezclado con polietileno de baja densidad (LDPE) en diferentes proporciones, y la conductividad térmica de cubetas de aislamiento por vacío usando PS/PE con espuma de relleno como materiales centrales.

El documento WO 96/11970 describe un procedimiento para preparar un polímero de celda cerrada de baja densidad que comprende una pluralidad de celdas cerradas que tienen un tamaño de celdas medio de al menos aproximadamente 0, 08 mm, caracterizado por que el procedimiento comprende las etapas de plastificar con calor una formulación de polímero aromático monovinílico expandible o espumable que comprende una composición de polímero aromático monovinílico no lineal y un agente de soplado medioambientalmente aceptable; y reducir la presión en la mezcla para formar una espuma.

El documento US 5.426.125 describe un gel de polímero estirénico espumable capaz de formar una estructura de celdas cerradas y un procedimiento para hacer la estructura alveolar.

Compendio de la invención La presente invención cubre las necesidades anteriores proporcionando una espuma estirénica extruida y un método para producirla que da características atractivas de densidad, relaciones de compresión, calidad superficial, estructura alveolar o cualquier combinación de las mismas, con una cantidad mínima o sustancialmente sin ninguna sustancia compatibilizadora. Los aditivos que funcionan como sustancias compatibilizadoras o modificadoras de la permeabilidad en general están presentes preferiblemente en una cantidad menor de aproximadamente 5% del peso total del polímero, más preferiblemente menor de aproximadamente 2%, más preferiblemente menor de aproximadamente 1%, y lo más preferiblemente totalmente ausente del artículo espumado.

Por consiguiente, según un aspecto de la presente invención, se contempla una espuma polimérica extruida que comprende:

(i) un polímero estirénico que tiene una temperatura de transición vítrea (Tg: la temperatura por debajo de la cual las propiedades físicas de materiales amorfos varían de una forma similar a los de una fase sólida (estado vítreo) , y por encima de la cual los materiales amorfos se comportan como líquidos) ;

en donde la Tg se obtiene usando el método de mitad de altura de la segunda curva de fusión de la DSC según el método ASTM E1356-03;

en donde el polímero estirénico consiste esencialmente en un copolímero de estireno-acrilonitrilo;

y en donde el copolímero de estireno-acrilonitrilo tiene un componente de acrilonitrilo de 5% a 25% basado en el peso total del copolímero de estireno-acrilonitrilo; y

(ii) un polímero olefínico que tiene una temperatura de cristalización (Tc) ,

en donde la Tc es la temperatura de fusión máxima obtenida de la curva de enfriamiento usando una calorimetría diferencial de barrido (DSC) según el método ASTM D3418-03; y

en donde el polímero olefínico consiste esencialmente en polietileno, polipropileno, copolímero etilénico, o cualquier combinación de los mismos;

en donde la Tg del polímero estirénico y la Tc de la poliolefina,... [Seguir leyendo]

1. Una espuma polimérica extruida que comprende:

(i) un polímero estirénico que tiene una temperatura de transición vítrea (Tg) ; en donde la Tg se obtiene usando el método de mitad de altura de la segunda curva de fusión de la DSC

según la norma ASTM E1356-03; en donde el polímero estirénico consiste esencialmente en un copolímero de estireno-acrilonitrilo; y en donde el copolímero de estireno-acrilonitrilo tiene un componente de acrilonitrilo de 5% a 25% basado en el peso total del copolímero de estireno-acrilonitrilo; y

(ii) un polímero olefínico que tiene una temperatura de cristalización (Tc) ;

en donde la Tc es la temperatura de fusión máxima obtenida de la curva de enfriamiento usando una calorimetría diferencial de barrido (DSC) según el método ASTM D3418-03; y

en donde el polímero olefínico consiste esencialmente en polietileno, polipropileno, copolímero etilénico, o cualquier

combinación de los mismos;

en donde la Tg del polímero estirénico y la Tc de la poliolefina, están en un intervalo de 30ºC una respecto a otra; 15 en donde la cantidad de material poliolefínico a material estirénico es de 2:98 a 20:80;

en donde el polímero estirénico y el polímero olefínico están presentes como una mezcla que incluye menos de 5% de interpolímero o menos de 2% de cualquier otro compatibilizador por peso total de polímero; y en donde la espuma tiene una densidad inferior a 36 kg/m3 (medida según la norma ASTM D1622-03) , una resistencia a la compresión vertical mayor de 100 kPa y menor de 300 kPa (medida según la norma ASTM D162120 04) , y una relación de resistencia a la compresión (Rc) mayor de 0, 35.

2. La espuma polimérica extruida según la reivindicación 1, en donde la espuma tiene una densidad menor de 28 kg/m3 medida según la norma ASTM D1622-03 y en donde el polímero olefínico tiene una temperatura de cristalización mayor de 25°C.

3. La espuma polimérica extruida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde la Tg está en el intervalo 25 de 90 a 120°C, la TC está en el intervalo de 70 a 130°C.

4. La espuma polimérica extruida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el polímero olefínico incluye un polietileno lineal de baja densidad.

5. La espuma polimérica extruida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la espuma tiene una relación de resistencia a la compresión mayor de 0, 40 (medida según la norma ASTM D1621-04) .

6. La espuma polimérica extruida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la espuma es una espuma de celda cerrada que tiene un contenido de celdas abiertas menor de 5% determinado según la norma ASTM D6226-05.

7. La espuma polimérica extruida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la espuma carece enteramente de cualquier compatibilizador.

8. La espuma polimérica extruida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el copolímero de estireno-acrilonitrilo tiene una concentración de acrilonitrilo de 10% en peso a 20% en peso, basado en el peso total del copolímero de estireno-acrilonitrilo.

9. Un procedimiento de formación de una espuma polimérica extruida de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende las etapas de:

(a) mezclar el material estirénico con el polímero olefínico, en donde el polímero olefínico tiene una Tc mayor de 70ºC, para formar una mezcla polimérica;

(b) introducir un agente de soplado que incluye agua (H2O) , dióxido de carbono (CO2) , o ambos en la mezcla polimérica; y

(c) espumar la mezcla polimérica a una temperatura por encima de la Tc del polímero olefínico para formar 45 directamente una espuma.