Un procedimiento de fabricación de un objeto polimérico espumado multicapa.

Un procedimiento de fabricación de un objeto polimérico espumado multicapa a partir de una lámina de material termoplástico monolítico sólido,

teniendo la lámina de material termoplástico un primer nivel de cristalinidad global, comprendiendo el procedimiento:

absorber una cantidad eficaz de un gas plastificante en la lámina de material termoplástico para dar una lámina de material termoplástico plastificado de forma reversible, impregnándose la lámina de material termoplástico plastificado con el gas plastificante y que tiene un segundo nivel de cristalinidad global que es superior al primer nivel de cristalinidad global, y un gradiente de cristalinidad a lo largo del espesor de la lámina en el que el nivel de cristalinidad es más bajo en el medio de la lámina y más alto en o próximo a las superficies, desorber al menos parte del gas plastificante de la lámina de material termoplástico plastificado;

el calentamiento de la lámina de material termoplástico plastificado para dar una lámina espumada de material termoplástico que tiene un tercer nivel de cristalinidad global que es superior o igual al segundo nivel de cristalinidad global y una pluralidad de capas internas discretas (2, 2', 3) intercaladas entre la primera y segunda capas externas discretas (1, 1'); y

formar o termoformar la lámina espumada de material termoplástico para dar el objeto polimérico espumado multicapa, teniendo el objeto polimérico espumado multicapa un cuarto nivel de cristalinidad global que es superior o igual al tercer nivel de cristalinidad global.

Un procedimiento de fabricación de un objeto polimérico espumado multicapa Campo de la invención La presente invención se refiere, en general, a un procedimiento de fabricación de materiales plásticos espumados, más específicamente a objetos de materiales termoplásticos espumados microcelulares.

Antecedentes de la invención Una espuma plástica microcelular se refiere a un polímero que se ha espumado de manera especial para así crear microporos o celdas (también denominadas a veces burbujas) . La definición común incluye espumas que tienen un tamaño de celda promedio del orden de 10 µm de diámetro, y normalmente oscilan entre 0, 1 aproximadamente y 100 µm de diámetro aproximadamente. En comparación, las espumas plásticas convencionales normalmente tienen un diámetro de celda promedio que oscila entre 100 y 500 µm aproximadamente. Debido a que las celdas de espumas plásticas microcelulares son tan pequeñas, para el observador casual estas espumas especiales en general tienen el aspecto de un plástico sólido.

Las espumas plásticas microcelulares se pueden usar en numerosas aplicaciones tales como, por ejemplo, aislamiento, envasado, estructuras, y filtros (D. Klempner y K.C. Fritsch, eds., Handbook of Polymeric Foams and Foam Technology, Hanser Publishers, Múnich (1991) ) . Las espumas plásticas microcelulares tienen muchas características únicas. Específicamente, ofrecen buenas propiedades mecánicas y al mismo tiempo una reducción en los costes de material y el peso. Esta es una de las ventajas de las espumas microcelulares sobre las espumas convencionales en las que la reducción del peso en general se consigue a costa de una reducción en las propiedades mecánicas. Además, en la tecnología de producción de espumas convencionales, normalmente se usan como agentes de espumación clorofluorocarbonos (CFC) o hidroclorofluorocarbonos (HCFC) que dañan la capa de ozono, así como hidrocarburos inflamables. La tecnología de procesamiento de espumas microcelulares, por el contrario, tiene la ventaja adicional de usar agentes de espumación respetuosos con el medio ambiente tales como, por ejemplo, dióxido de carbono y nitrógeno.

El procedimiento de fabricación de espumas plásticas microcelulares se ha desarrollado en base a la inestabilidad termodinámica que provoca la nucleación celular (J.E. Martini, SM Thesis, Department of Mech. Eng., MIT, Cambridge, Mass. (1981) ) . En primer lugar, un polímero se satura con un agente de espumación volátil a alta presión. A continuación, por medio de una caída rápida de presión, se reduce la solubilidad del agente de espumación en el polímero, y el polímero se vuelve supersaturado. El sistema se calienta para ablandar la matriz polimérica y se produce la nucleación de un gran número de celdas. El agente de espumación se difunde tanto hacia fuera como hacía un gran número de celdas pequeñas. Dicho de otra manera, la espuma plástica microcelular se puede producir saturando un polímero con un gas o un fluido supercrítico y usando una inestabilidad termodinámica, normalmente una caída rápida de presión, para generar miles de millones de celdas por centímetro cúbico (es decir, una densidad de burbujas superior a 108 celdas por centímetro cúbico) dentro de la matriz polimérica.

Existen varias patentes y publicaciones de patente que desvelan diversos aspectos de las espumas plásticas microcelulares y los procedimientos para su fabricación. En este sentido son ilustrativas las siguientes:

La patente de Estados Unidos Nº 4.473.665 de Martini-Vvedensky y col. (expedida el 25 de septiembre de 1984) desvela espumas plásticas microcelulares y procedimientos relacionados. En esta patente, se desvela un procedimiento en discontinuo en el que una lámina de plástico u otro artículo se impregna con un gas inerte a presión; la presión se reduce hasta presión ambiente; la lámina o artículo de plástico se calienta hasta un punto de ablandamiento para iniciar la nucleación de burbujas y la espumación; y cuando se ha conseguido el grado de espumación deseado, la lámina o artículo de plástico se inactiva para terminar la espumación. El producto resultante es una espuma plástica microcelular que tiene celdas distribuidas de manera uniforme, todas del mismo tamaño aproximado.

La patente de Estados Unidos Nº 4.761.256 de Hardenbrook y col. (expedida el 1 de marzo de 1998) desvela un procedimiento en el que se impregna una red de material plástico con un gas inerte y el gas se difunde fuera de la red de manera controlada. La red se vuelve a calentar en una estación externa a la extrusora por inducir la espumación, en la que se controla la temperatura y duración del procedimiento de espumación para así producir celdas distribuidas de manera uniforme. El procedimiento está diseñado para proporcionar la producción continua de láminas microcelulares de plástico espumado.

La patente de Estados Unidos Nº 5.158.986 de Cha y col. (expedida el 27 de octubre de 1992) desvela la formación de espumas plásticas microcelulares mediante el uso de un agente supercrítico como agente de soplado. En un procedimiento en discontinuo, un artículo plástico se sumerge a presión en un fluido supercrítico durante un periodo de tiempo, y a continuación se devuelve rápidamente a condiciones ambientales para así crear un cambio en la solubilidad y la nucleación. En un procedimiento continuo, se extruye una lámina polimérica, que se puede pasar a través de rodillos en un contenedor de fluido supercrítico a presión, y a continuación se expone rápidamente a condiciones ambientales. En otro procedimiento continuo, se establece una corriente polimérica fundida saturada de

fluido supercrítico. La corriente polimérica se calienta rápidamente, y la estabilidad termodinámica resultante (cambio en la solubilidad) genera sitios de nucleación (mientras el sistema se mantiene a presión para impedir un crecimiento significativo de las celdas) . A continuación la corriente polimérica se inyecta en una cavidad de moldeo en la que se reduce la presión y se deja que crezcan las celdas.

La patente de Estados Unidos Nº 5.684.055 de Kumar y col. (expedida el 4 de noviembre de 1997) desvela un procedimiento para la producción semi-continua de artículos microcelulares de espuma. En una realización preferida, se proporciona un rodillo de una lámina polimérica con medios de canalización de gases intercalados entre las capas de polímero. El rodillo se expone a un gas no reactivo a presión elevada durante un periodo de tiempo suficiente para conseguir una concentración de gas deseada dentro del polímero. La lámina polimérica saturada a continuación se separa de los medios de canalización de gases y se inicia la nucleación y el crecimiento de burbujas mediante calentamiento de la lámina polimérica. Después de la espumación, la nucleación y el crecimiento de burbujas se inactivan enfriando la lámina polimérica espumada.

Aunque se ha conseguido un gran progreso con respecto al desarrollo de objetos y artículos manufacturados de materiales termoplásticos espumados microcelulares, aún existe la necesidad en la técnica de tipos nuevos y diferentes de materiales plásticos espumados. La presente invención satisface estas necesidades y proporciona ventajas adicionales relacionadas.

Sumario de la invención Resumiendo, la presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de objetos y artículos manufacturados de materiales termoplásticos espumados que tienen una estructura celular interna laminada. En una realización, la invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un objeto polimérico espumado multicapa a partir de una lámina de material termoplástico monolítico sólido, la lámina de material termoplástico que tiene un primer nivel de cristalinidad global, el procedimiento que comprende:

la absorción de una cantidad eficaz de un gas plastificante en una lámina de material termoplástico para dar una lámina de material termoplástico plastificado de forma reversible, la lámina de material termoplástico plastificado que se impregna con el gas plastificante y que tiene un segundo nivel de cristalinidad global que es superior al primer nivel de cristalinidad global, y un gradiente de cristalinidad a lo largo del espesor de la lámina en el que el nivel de cristalinidad es más bajo en el medio de la lámina y más alto en o próximo a las superficies, la desorción de al menos parte del gas plastificante de la lámina de material termoplástico plastificado; el calentamiento de la lámina de material termoplástico plastificado para dar una lámina espumada de material termoplástico que tiene un tercer nivel de cristalinidad global que es superior o igual al segundo nivel... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de fabricación de un objeto polimérico espumado multicapa a partir de una lámina de material termoplástico monolítico sólido, teniendo la lámina de material termoplástico un primer nivel de cristalinidad global, comprendiendo el procedimiento:

absorber una cantidad eficaz de un gas plastificante en la lámina de material termoplástico para dar una lámina de material termoplástico plastificado de forma reversible, impregnándose la lámina de material termoplástico plastificado con el gas plastificante y que tiene un segundo nivel de cristalinidad global que es superior al primer nivel de cristalinidad global, y un gradiente de cristalinidad a lo largo del espesor de la lámina en el que el nivel de cristalinidad es más bajo en el medio de la lámina y más alto en o próximo a las superficies, desorber al menos parte del gas plastificante de la lámina de material termoplástico plastificado; el calentamiento de la lámina de material termoplástico plastificado para dar una lámina espumada de material termoplástico que tiene un tercer nivel de cristalinidad global que es superior o igual al segundo nivel de cristalinidad global y una pluralidad de capas internas discretas (2, 2', 3) intercaladas entre la primera y segunda capas externas discretas (1, 1') ; y formar o termoformar la lámina espumada de material termoplástico para dar el objeto polimérico espumado multicapa, teniendo el objeto polimérico espumado multicapa un cuarto nivel de cristalinidad global que es superior o igual al tercer nivel de cristalinidad global.

2. Un procedimiento de fabricación de un artículo manufacturado polimérico espumado multicapa conformado a partir de una lámina de material termoplástico monolítico sólido, comprendiendo el procedimiento al menos las etapas de la reivindicación 1, en el que:

la etapa de absorción de un gas plastificante en la lámina de material termoplástico se produce a una primera presión y temperatura seleccionadas, y durante un periodo de tiempo suficiente para producir dicha lámina de material termoplástico plastificado de forma reversible, la etapa de calentamiento incluye la extensión mecánica de la lámina de material termoplástico plastificado para así iniciar la espumación, la etapa de calentamiento y de extensión mecánica se producen mediante la transferencia de una cantidad seleccionada de energía térmica desde una fuente de calor suficiente para producir dicha lámina de material termoplástico espumado; y el procedimiento comprende el termoformado de la lámina espumada de material termoplástico en una termoformadora para producir el artículo manufacturado polimérico espumado multicapa conformado, el artículo manufacturado polimérico espumado multicapa tiene un cuarto nivel de cristalinidad global que es superior al primer, segundo, y tercer niveles de cristalinidad global.

3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, que además comprende la etapa de termofijación del artículo manufacturado polimérico espumado multicapa conformado, mientras se encuentra en la termoformadora, para así incrementar adicionalmente la cristalinidad global del artículo manufacturado polimérico espumado multicapa conformado hasta un quinto nivel de cristalinidad global, en el que el quinto nivel de cristalinidad global es superior al primer, segundo, tercer, y cuarto niveles de cristalinidad global.

4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el material termoplástico es un polímero semicristalino.

5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el polímero semi-cristalino es seleccionado del grupo que consiste en PET (polietilentereftalato) , PEEK (polieteretercetona) , PEN (polietilen naftalato) , PBT (polibutilen tereftalato) , PMMA (polimetilmetacrilato) , PLA (poliláctido) , polihidroxi ácido (PHA) , uretano termoplástico (TPU) , y sus mezclas.

6. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el gas plastificante es dióxido de carbono (CO2) .

7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6 cuando depende de la reivindicación 1, en el que la primera cristalinidad global oscila entre el 1 aproximadamente y el 9 por ciento aproximadamente.

8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la cuarta cristalinidad global es de al menos el 17 por ciento.

9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la primera presión seleccionada oscila entre 0, 345 MPa aproximadamente y 9, 65 MPa aproximadamente.

10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la primera temperatura seleccionada oscila entre -40 ºC aproximadamente y 65, 6 ºC aproximadamente.

11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la lámina de material termoplástico plastificado, después de la etapa de absorción, tiene una concentración de gas plastificante que es superior al 0, 5 por ciento en peso aproximadamente.

12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la lámina de material termoplástico plastificado, después de la etapa de desorción, tiene una concentración de gas plastificante que es superior al 0, 01 por ciento en peso aproximadamente.

13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la etapa de desorción se produce a una segunda 5 temperatura seleccionada que oscila entre -40 ºC aproximadamente y 65, 6 ºC aproximadamente.

14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la fuente de calor es un calentador radiante de infrarrojos.

15. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que el objeto o artículo manufacturado polimérico espumado multicapa tiene forma de copa o bandeja.