Procedimiento de fabricación de espumas de poliolefinas reticuladas de celda abierta y espumas obtenidas.

Procedimiento de fabricación de espumas de poliolefinas reticuladas de celda abierta y espumas obtenidas.

La invención describe un nuevo procedimiento para la obtención de una espuma de poliolefina reticulada altamente expandida de celda abierta que comprende las etapas de: (i) Preparar una o más composiciones formadoras de espuma de poliolefina reticulada altamente expandida de celda abierta, tal como el polietileno, (ii) Moldear una o más preformas sólidas a partir de la o de las composiciones; (iii) Obtener un precursor de la espuma final a obtener que comprende un núcleo preparado a partir de la una o más preformas sólidas obtenidas en la etapa anterior recubierto al menos en parte por una piel de una poliolefina reticulada que presenta una determinada temperatura de fusión, una viscosidad y una permeabilidad a gas de específicas; (iv) Someter el precursor a presión y temperatura en un primer molde, seguido de apertura del mismo y de una primera expansión; (v) Someter la pieza conformada pre-expandida resultante de la etapa anterior a temperatura en un segundo molde, seguido de apertura del mismo y de una segunda expansión, y extraer la espuma de poliolefina reticulada expandida de celda abierta. La invención también describe la espuma de poliolefina obtenible mediante el procedimiento de la invención y su empleo por ejemplo como absorbente acústico, como aislante térmico o como absorbente de aceite, como elemento de confort en asientos y colchones, como junta de estanqueidad o como elementos para disipar vibraciones mecánicas e impactos.

Procedimiento de fabricación de espumas de poliolefinas reticuladas de celda abierta y espumas obtenidas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para producir espuma de poliolefina reticulada, altamente expandida, de celda abierta y con buena resistencia a la temperatura mediante el método de moldeo por compresión. La invención se refiere asimismo a la espuma obtenida mediante este procedimiento y a sus usos en general.

Antecedentes de la invención

El actual proceso de fabricación de espumas de poliolefinas reticuladas altamente expandidas mediante moldeo por compresión fue anticipado por las compañías Sanwa Chemical Co. y Furukawa Electric Co. (Japón) que comercializaron sus productos a finales de la década de 1960. Este método fue divulgado en la patente japonesa No. 29381/1970, que consiste fundamentalmente en calentar bajo presión, en una primera fase, una composición de poliolefina reticulable y expandióle que luego de manera adicional en una segunda fase se calienta a presión atmosférica para terminar de descomponer el agente espumante.

La espuma poliolefínica que se obtiene por este método y otros similares tiene una estructura celular de celdas cerradas. Es muy difícil obtener una estructura de celda abierta en este tipo de espumas, lo contrario de lo que ocurre con las espumas de poliuretano. Por este motivo la gran mayoría de las espumas comerciales de celda abierta son de poliuretano y la mayor parte de las espumas reticuladas de poliolefina son de celda cerrada.

El método convencional para conseguir una estructura de celda abierta en espumas de poliolefinas reticuladas es mediante la ruptura de las paredes celulares aplicando una fuerza de compresión y/o cizalla a la espuma, que previamente era fundamentalmente de celda cerrada. Esta metodología tiene distintas variantes para lograr celdas más o menos rompibles, pero todas ellas tienen la desventaja de añadir etapas al proceso de fabricación y dar lugar a espumas con poca resistencia a la temperatura. También existen métodos directos que buscan romper las paredes celulares durante la espumación con el inconveniente de que no se consiguen espumas con altos grados de expansión y/o altos contenidos de celda abierta.

Diversas patentes buscan conseguir una estructura de celda abierta en espumas poliolefinicas por diferentes procedimientos y con distintas finalidades:

En la patente japonesa. No. 47-31695 se enfría la espuma de celda cerrada a una temperatura inferior o cercana a la de transición vitrea y luego se comprime hasta romper sus paredes celulares.

La patente japonesa No. 54-63172 se caracteriza por añadir una carga inorgánica en grandes proporciones a la formulación para producir una espuma de celda cerrada que se pueda romper posteriormente por deformación.

La patente japonesa No. 55-42100 describe un proceso de preparación de una espuma de polietileno de celda abierta por presión y calentamiento de una mezcla de polietileno, agente espumante, agente reticulante y una gran cantidad de polipropileno amorfo.

En la patente japonesa No. 59-23545 se rompen las celdas por compresión de una espuma de celda cerrada a temperatura entre 0°C y 40°C sin conseguirse el 100% de celda abierta.

La patente US 4,424,181 y la US 4,499,210 divulgan una formulación adecuada para

producir directamente espumas de poliolefinas reticuladas de celda abierta mediante la inversión de la temperatura de descomposición del agente reticulante y del agente espumante. Eso se logra presumiblemente por la presencia en la formulación de aceite de silicona o sus derivados y radicales trifuncionales que aumentan la velocidad de reticulación.

La patente US 4,501,711 supone una mejora de la anterior donde no es necesaria la presencia del monómero reactivo trifuncional y el aceite de silicona es substituido por un copolímero en bloque de silicona.

La patente US 4,435,346 se caracteriza por la expansión del material que contiene el agente espumante y el reticulante a presión atmosférica en unas condiciones en las que el pico del cociente entre el grado de reticulación y el porcentaje de descomposición del agente de espumación es menor que 20. Esto prepara a la espuma para la ruptura posterior de sus paredes celulares cuando se somete a un esfuerzo mecánico.

En la patente US 4,877,814 se considera la posibilidad de añadir a la formulación una resina en polvo de alto punto de fusión. Con ello se obtiene una espuma de celda cerrada que luego se fractura por compresión.

La patente europea EP 0 452 527 A1 resuelve en parte la baja resistencia a la temperatura mediante irradiación de la espuma de celda abierta ya fabricada con radiación ionizante.

La patente europea EP 0 043 052 divulga una formulación espumable basada en una resina de ionómero etilénico que proporciona una espuma de celda abierta.

La solicitud de patente internacional WO 98/21252 describe un método que incluye una etapa de ruptura celular después de la expansión de una espuma de poliolefina reticulada con silano y adicionalmente también con peróxidos orgánicos, aumentando el porcentaje de celda abierta de más del 50% hasta más del 80%. El método puede incluir una etapa de pinchado para conseguir aumentar más el porcentaje de celda abierta.

Ninguno de los procedimientos anteriores permite obtener espumas de poliolefinas reticuladas que sean 100% celda abierta, en las que exista una elevada reducción de la densidad, en las que no sea necesaria la rotura de las celdas tras la finalización del proceso de espumado y que proporcionen materiales con resistencias a la temperatura equivalentes a las de las espumas de celda cerrada fabricadas a partir de las mismas poliolefinas.

A la vista de lo expuesto sigue por tanto existiendo la necesidad en el estado de la técnica de proporcionar un nuevo procedimiento de obtención de espuma de poliolefina reticulada altamente expandida de celda abierta, , más sencillo y económico a la vez que reproducible, fiable y escalable a nivel industrial.

Descripción de las Figuras

Figura 1: representa de forma esquematizada el procedimiento de la presente invención. La figura muestra las siguientes etapas del proceso: etapa (i) de preparación de una composición formadora (A); etapa (ii) de obtención de una preforma (B); etapa (iv) de preexpansión (C); y etapa (v) de segunda expansión (D), donde las siguientes referencias numéricas se refieren a los siguientes elementos:

(1) componentes de la composición formadora de espuma que se introducen en un mezclador interno (2) (puede ser también una extrusora); (3) mezcla homogénea y fundida de los componentes; (4) calandra; (5) preforma sólida laminada; (6) piel o recubrimiento de la preforma; (7) molde de la prensa donde tiene lugar la primera expansión; (8) cierre y apertura del molde de la prensa; (9) bloque reticulado y pre-expandido; (10) molde de la prensa donde tiene lugar la segunda expansión; y (11) espuma final de la invención.

Descripción de la invención

En un primer aspecto la invención se relaciona con un procedimiento para la fabricación de una espuma de poliolefina reticulada altamente expandida de celda abierta. El procedimiento se basa en que los inventores han descubierto sorprendentemente que es posible obtener una espuma reticulada altamente expandida de celda abierta trabajando con un grado de reticulación muy bajo para producir la intercomunicación de las celdas de la espuma y utilizando una cantidad de agente espumante superior a la habitual para compensar la pérdida de gas que se produce por la obtención de celda abierta y para ayudar a la apertura celular, al mismo tiempo que se utiliza una piel con unas características particulares, definidas más adelante, que se usa para recubrir la preforma que da lugar a la espuma de celda abierta según se detalla también más abajo. Esta piel dificulta que el gas que se genera en la primera y segunda etapa de expansión escape, que la espuma preexpandida resultante de la primera expansión se adhiera al molde, que la espuma colapse durante la segunda expansión y que la espuma se adhiera al molde durante la segunda expansión.

En el contexto de la presente invención el término reticulado se refiere a la presencia de enlaces covalentes carbono-carbono entre cadenas de polímeros lineales o ramificados de tipo poliolefina. Esta reticualción se consigue típicamente mediante el uso de peróxidos orgánicos o mediante irradiación de la poliolefina con electrones o radiación gamma.

El término "altamente expandida" en relación a una espuma de poliolefina, es un término convencional utilizado en el campo de la técnica. En esta invención por... [Seguir leyendo]

1- Procedimiento para la obtención de una espuma de poliolefina reticulada altamente expandida de celda abierta que comprende las etapas de:

(i) Preparar una o más composiciones formadoras de espuma de poliolefina reticulada altamente expandida de celda abierta,

(ii) Moldear una o más preformas sólidas a partir de la o de las composiciones preparadas en la etapa (i);

(iii) Obtener un precursor de la espuma a obtener que comprende un núcleo preparado a partir de una o más preformas sólidas obtenidas en la etapa anterior recubierto al menos en parte por una piel de un material que presenta una temperatura de fusión inferior a la utilizada en las siguientes etapas (iv) y (v), una viscosidad extensional mayor de 104 Pas medida a 150 °C y una permeabilidad al nitrógeno menor de 4 barrer medida a temperatura ambiente,

(iv) Someter el precursor a presión y temperatura en un primer molde, seguido de apertura del mismo, lo que da lugar a una primera expansión,

(v) Someter la pieza conformada pre-expandida resultante de la etapa anterior a temperatura en un segundo molde, que da lugar a una segunda expansión, seguido de apertura del mismo y de una segunda expansión, y

(vi) Extraer de este segundo molde la espuma de poliolefina reticulada expandida de celda abierta.

2. Procedimiento según la reivindicación 1 en el que la composición formadora de espuma de poliolefina reticulada altamente expandida de celda abierta comprende al menos una poliolefina, al menos un agente reticulante, al menos un agente espumante, y opcionalmente uno o más aditivos, y se caracteriza porque presenta:

(a) un contenido de agente reticulante X de entre X/10 y X/1,1 donde X corresponde al contenido de agente reticulante de la correspondiente composición formadora de espuma de poliolefina reticulada igualmente expandida de celda cerrada, y

(b) un contenido de agente espumante Y de entre 4Y e 1,1 Y donde Y corresponde al contenido de agente espumante de la correspondiente composición formadora de espuma de poliolefina reticulada igualmente expandida de celda cerrada.

3. Procedimiento según la reivindicación 2 en el que el contenido de agente reticulante está comprendido entre X/7 y X/1,5, preferentemente entre X/5 e X/1,75 y más preferentemente entre X/4 y X/1,8.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, en el que el contenido de agente espumante está comprendido entre 3Y y 1,2Y, preferentemente entre 2,5Y y 1,3Y, y más preferentemente entre 2,0Y y 1,4Y.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la poliolefina es polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), polietileno de alta densidad (HDPE), polipropileno (PP), copolímero etileno-acetato de vinilo (EVA), copolímero etileno-acrilato de metilo (EMA), copolímero etileno-acrilato de butilo (EBA), copolímero de etileno-propileno (EPM), copolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), TPE (elastómeros termoplástico de etileno) o mezclas de las mismas.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la poliolefina es LDPE.

7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el agente reticulante se selecciona del grupo formado por 1,1-bis(terbutilperoxi)-3,5,5- trimetilciclohexano; terbutilperoxi-benzoato; 2,2-bis(terbutilperoxi)butano; peróxido de dicumilo; peróxido de diteramilo; peróxido de diterbutilo; 1,2-bis(terbutilperoxi-

isopropil)benceno; 2,5-dimetil-2,5-bis(terbutil-peroxi)hexano y mezclas de los mismos.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el agente reticulante es peróxido de dicumilo.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el agente espumante se selecciona del grupo formado por azodicarbonamida, azobisisobutilonitrilo, oxibis (hidracina de bencensulfonilo), 5-feniltetrazol, bicarbonato, ácido cítrico y mezclas de los mismos.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que el agente espumante es azodicarbonamida.

11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en que la

composición formadora comprende LDPE, peróxido de dicumilo y azodicarbonamida.

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en que la

composición formadora comprende LDPE, entre 0,11 y 2,0 phr, preferentemente entre 0,16 y 1,47, más preferentemente entre 0,22 y 1,26, y aún más preferentemente entre 0,28 y 1,22

de peróxido de dicumilo con un 40% en peso de agente activo y entre 18,7 y 80 phr,

preferentemente entre 20,4 y 60 phr, más preferentemente en el rango entre 22,1 y 50 phr, y aún más preferentemente en el rango entre 23,8 phr y 40 phr de azodicarbonamida, y la espuma reticulada altamente expandida de celda abierta obtenida presenta una densidad promedio de 25 kg/m3..

13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que se obtiene una preforma sólida por una técnica de moldeo seleccionada de entre calandrado, extrusión, granceado y compactado.

14. Procedimiento según la reivindicación anterior en el que la preforma sólida comprende al menos una lámina obtenida por calandrado, dos o más láminas obtenidas por calandrado superpuestas o una pieza obtenida por extrusión.

15. Procedimiento según la reivindicación anterior en el que la preforma sólida es un bloque tridimensional con espesor comprendido entre 16 y 60 mm.

16. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la piel utilizada en la etapa (iii) es una lámina con un espesor entre 0,1 y 2 mm.

17. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la piel y el núcleo comprenden la misma poliolefina.

18. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la piel y el núcleo comprenden una poliolefina diferente.

19. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la piel se obtiene a partir de una composición que contiene LDPE, un contenido de DCP40 entre 1,4 a 2,2 phr de DCP al 40% de sustancia activa por cada 100 partes de resina LDPE (phr), y opcionalmente un agente espumante.

20. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que la piel recubre un precursor en forma de bloque de modo que (a) la piel se dispone sobre todas las caras del bloque, o (b) sobre la cara inferior y superior o (c) sólo sobre la una de las caras, la superior o la inferior.

21. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el precursor y la piel se preparan por co-extrusión.

22. Una espuma de poliolefina reticulada altamente expandida de celda abierta obtenible mediante el procedimiento de la invención

23. Espuma de poliolefina según la reivindicación 22, en la que la poliolefina es polietileno de baja densidad, y presenta una resistencia térmica de al menos 90°C, preferentemente de

al menos 100°C.

24. Espuma según la reivindicación 22 o 23, que presenta una estructura celular abierta, con al menos un contenido de celda abierta igual o superior al 90% y preferentemente igual o superior al 95%, más preferentemente igual o superior al 97%, y aún más preferentemente igual o superior al 99% o igual al 100%.

25. Espuma según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24, que presente un tamaño

promedio de las celdas comprendido en el rango de 50 mieras a 3000 mieras.

26. Espuma según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 25, que presenta una resistencia al flujo del aire igual o superior a los 50000 rayls/m, preferentemente igual o superior a 150000 rayls/m.

27. Espuma según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 26, que presenta una

tortuosidad igual o superior a 5, preferentemente igual o superior a 10.

28. Espuma según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 27, que presenta un coeficiente de absorción acústica normalizando igual o superior a 0.3 y preferentemente igual o superior a 0.5

29. Empleo según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 28 como absorbente acústico,

como aislante térmico, o como absorbente de aceite, como elemento en la fabricación de asientos y colchones, como junta de estanqueidad, como elemento para disipar vibraciones mecánicas e impactos, y como embalajes o protecciones deportivas.

30. Empleo de la espuma según una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 27 combinada 25 con otra espuma de poliolefina de celda cerrada para el reciclaje de componentes al final de su vida útil.