ES2146608T5

ES2146608T5 - Espuma extruida de polimero propileno de celulas abiertas y su procedimiento de fabricacion.

Info

Publication number: ES2146608T5
Application number: ES93901186T
Authority: ES
Inventors: Chung P. Park
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 2004-10-16
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: ATE193672T1; EP0674579A1; DE69231162T2; DE69231162D1; CA2150018C; GR3034216T3; CA2150018A1; DE69231162T3; EP0674579B1; NO952400D0; ES2146608T3; EP0674579B2; JPH08504472A; DK0674579T3; NO952400L; EP0674579A4; WO1994013460A1

Abstract

SE PRESENTA UN PROCESO PARA ELABORAR UNA ESPUMA DE POLIMERO PROPILENO DE EXTRUSION, DE CELULAS ABIERTAS, DIMENSIONALMENTE ESTABLE Y DE BAJA DENSIDAD, COMPUESTA PRIMARIAMENTE POR UN MATERIAL POLIMERO PROPILENO EXPANDIDO, EN EL QUE LA ESPUMA TIENE UN AGENTE DE SOPLADO QUE CONTIENE UN PORCENTAJE SUPERIOR AL 85% DEL PESO DE UNO O MAS AGENTES ORGANICOS DE SOPLADO, BASADO EN EL TOTAL DEL AGENTE DE SOPLADO. EL MATERIAL DE POLIMERO PROPILENO ESTA FORMADO POR UNIDADES PROPILENO MONOMERICAS EN UN PORCENTAJE SUPERIOR AL 50% DEL PESO, BASANDOSE EN EL PESO TOTAL DEL MATERIAL POLIMERO PROPILENO. EL MATERIAL TIENE UNA DENSIDAD DE 96 KILOGRAMOS, O INFERIOR, POR METRO CUBICO. LA ESPUMA TIENE UN PORCENTAJE DE CELULAS ABIERTAS SUPERIOR AL 20%.

Description

Espuma extruida de polímero propileno de células abiertas y su procedimiento de fabricación.

Esta invención se refiere a un tablón de espuma de polímero de propileno extruida, de células abiertas, baja densidad y dimensionalmente estable, expandida con un agente de expansión que comprende parcial o totalmente uno o más agentes de expansión orgánicos. La espuma ofrece excelentes propiedades de amortiguamiento.

Las espumas de polímeros de propileno son conocidas en la técnica, y son útiles en muchas aplicaciones tales como se sugieren en las Patentes de EE.UU. Nos. 3.481.455, 3.871.897, 3.932.569, 4.522.955, y 4.832.770. Tales espumas se han fabricado con una amplia variedad de agentes de expansión orgánicos e inorgánicos.

El Documento de Patente de EE.UU A-5 116 881 describe la preparación de una espuma de polímero de propileno, extruida y dimensionalmente estable, que comprende un material polímero de propileno que contiene más de 50% en peso de unidades monómeras de propileno, un contenido de células abiertas de más de 20% y una densidad de espuma de menos de 400 kg/m^{3}. Estas espumas tienen forma de hojas con un espesor de 2 mm.

Sería deseable tener una espuma de polímero de propileno de baja densidad y células abiertas (96 kg/m^{3}) para uso en aplicaciones de amortiguamiento. Aunque las espumas de poliolefinas de células cerradas, más especialmente espumas de polímeros de etileno, se han usado típicamente en tales aplicaciones, sería deseable usar una espuma de células abiertas por razones medioambientales. Las espumas de células abiertas pierden el agente de expansión mucho más rápidamente que las espumas de células cerradas. El rápido desprendimiento del agente de expansión es importante cuando se utilizan agentes de expansión volátiles, cuyo desprendimiento está crecientemente sometido a regulación gubernamental. El rápido desprendimiento del agente de expansión permite al fabricante de espumas recuperar todo o una parte sustancial del agente de expansión antes de proporcionar la espuma al consumidor.

Sería deseable además tener una espuma de polímero de propileno de baja densidad y células abiertas que sea dimensionalmente estable. Las espumas de poliolefinas de células abiertas típicamente son más difíciles de expandir a bajas densidades que las correspondientes espumas de células cerradas debido a que pierden el agente de expansión más rápidamente. Sería deseable tener una espuma de polímero de propileno y células abiertas que proporcione un rápido desprendimiento del agente de expansión al tiempo que se consigue una alta expansión.

De acuerdo con la presente invención, hay una espuma polímera de propileno, extruida y dimensionalmente estable que comprende un material de polímero de propileno que contiene más de 50% en peso de unidades monómeras de propileno, y que tiene un contenido de células abiertas de más de 20% y una densidad de espuma de menos de 400 Kg/m^{3}, caracterizada porque

(i): la espuma está en forma de un tablón que tiene un espesor medio de pared de las células de menos de 35 \mum,

(ii): la espuma tiene un área de sección transversal de como mínimo 10 cm^{2}, y

(iii): la espuma tiene una densidad de 96 kg/m^{3} o menos.

La espuma de polímero de propileno de células abiertas de la invención puede obtenerse mediante un procedimiento que comprende las etapas de:

(a): calentar el material polímero de propileno que comprende más de 50% en peso de unidades monómeras de propileno sobre la base del peso del material polímero de propileno para formar un material polímero en estado fundido;

(b): incorporar al material polímero en estado fundido un agente de expansión que comprenda más de 85% en peso de uno o más agentes de expansión orgánicos, sobre la base del peso total del agente de expansión para formar un gel espumable;

(c): enfriar el gel espumable a una temperatura de espumación óptima;

(d): extruir el gel espumable a través de una matriz a una zona de retención mantenida a una temperatura y presión que no permitan que el gel forme espuma, teniendo la zona de retención una matriz de salida que define un orificio en ella y que tiene una compuerta que se puede abrir, que cierra el orificio de la matriz de salida;

(e): periódicamente abrir la compuerta y sustancial y concurrentemente aplicar presión mecánica mediante un émbolo móvil sobre el gel para expulsar el gel de la zona de retención a través del orificio de la matriz para formar la espuma.

Materiales polímeros de propileno apropiados incluyen homopolímeros de propileno (polipropileno) y copolímeros de propileno y comonómeros con insaturación etilénica copolimerizables. El material polímero de propileno puede incluir además polímeros no propilénicos en cantidades pequeñas. El material polímero de propileno puede comprender únicamente uno o más homopolímeros de propileno, uno o más copolímeros de propileno, una mezcla de uno o más de cada uno de los homopolímeros y copolímeros de propileno, o mezclas de cualquiera de los precedentes con un polímero no propilénico. Independiente de la composición, el material polímero de propileno comprende más de 50 y preferiblemente más de 70% en peso de unidades monómeras de propileno.

Comonómeros con insaturación monoetilénica apropiados incluyen olefinas, acetato de vinilo, acrilato de metilo, acrilato de etilo, metacrilato de metilo, ácido acrílico, ácido itacónico, ácido maleico, y anhídrido maleico. Un copolímero de propileno preferiblemente comprende 20% o menos en peso del comonómero con insaturación etilénica.

Copolímeros de propileno particularmente útiles son los copolímeros de propileno y una o más olefinas no propilénicas. Los copolímeros de propileno incluyen copolímeros al azar y de bloques de propileno y una olefina elegida en el grupo que comprende etileno, 1-olefinas de C_{4}-C_{10} y dienos de C_{4}-C_{10}. Los copolímeros de propileno incluyen también terpolímeros al azar de propileno y 1-olefinas elegidos en el grupo que comprende etileno y 1-olefinas de C_{4}-C_{8}. En terpolímeros que comprenden etileno y 1-olefinas de C_{4}-C_{8}, el contenido de etileno preferiblemente es 20% o menos en peso. Las 1-olefinas de C_{4}-C_{10}incluyen las 1-olefinas de C_{4}-C_{10}lineales o ramificadas tales como, por ejemplo, 1-buteno, isobutileno, 1-penteno, 3-metil-1-buteno, 1-hexeno, 3,4-dimetil-1-buteno, 1-hepteno, y 3-metil-1-hexeno. Ejemplos de dienos de C_{4}-C_{10}incluyen 1,3-butadieno, 1,4-pentadieno, isopreno, 1,5-hexadieno, 2,3-dimetil-1,3-hexadieno.

Polímeros no propilénicos apropiados incorporables en el material polímero de propileno incluyen polietilenos de densidad alta, media, y baja y densidad lineal, 1-polibuteno, copolímero de etileno-ácido acrílico, copolímero de etileno-acetato de vinilo, caucho de etileno-propileno, caucho de estireno-butadieno, copolímero de etileno-acrilato de etilo, y ionómero.

También, según se usa en la presente memoria descriptiva, el material polímero de propileno tiene una velocidad de flujo en fusión (en lo sucesivo MFR, del inglés "melt flow rate") de entre 0,05 y 50 y preferiblemente entre 0,1 y 10 de acuerdo con la norma ASTM D1238, Condición L.

Las resinas de polímeros de propileno preferidas para la presente invención son las resinas de polipropileno que son materiales polímeros ramificados o ligeramente reticulados. La ramificación (o la ligera reticulación) se puede obtener mediante los métodos generalmente conocidos en la técnica, tales como ramificación/ligera reticulación química o por irradiación. Una de tales resinas que se prepara como resina de polipropileno ramificado/ligeramente reticulado antes del uso de resina de polipropileno para preparar un producto de resina de polipropileno acabado y el método de preparar tal resina de polipropileno se describe en la Patente de EE.UU. No. 4.916.198. Otro método para preparar resina de polipropileno ramificado/ligeramente reticulado es introducir compuestos químicos en la extrusora, junto con una resina de polipropileno para permitir que la reacción de ramificación/ligera reticulación tenga lugar en la extrusora. La Patente de EE.UU. No. 4.714.716 sugiere este método.

Se ha descubierto que los agentes de ramificiación/reticulación apropiados para uso en reacciones de extrusión incluyen silanos con funciones azido y vinilo, peróxidos orgánicos y monómeros vinílicos multifuncionales.

El agente de expansión comprenderá más de 85% en peso y más preferiblemente más de 90% en peso, y lo más preferible completamente uno o más agentes orgánicos volátiles sobre la base del peso total del agente de expansión. Los agentes de expansión orgánicos incluyen hidrocarburos alifáticos que contienen 1-9 átomos de carbono, hidrocarburos alifáticos halogenados, que contienen 1-4 átomos de carbono, y alcoholes alifáticos que contienen 1-3 átomos de carbono. Los hidrocarburos alifáticos incluyen metano, etano, propano, n-butano, isobutano, n-pentano, isopentano, y neopentano. Entre los hidrocarburos halogenados, se prefieren hidrocarburos fluorados. Ejemplos de hidrocarburos fluorados incluyen fluoruro de metilo, perfluorometano, fluoruro de etilo, 1,1-difluoroetano (HFC-152a), 1,1,1-trifluoroetano (HFC-143a), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-134a), pentafluoroetano, perfluoroetano, 2,2-difluoropropano, 1,1,1-trifluoropropano, perfluoropropano, perfluorobutano, y perfluorociclobutano. Clorocarburos y clorofluorocarburos parcialmente halogenados para uso en esta invención incluyen cloruro de metilo, cloruro de metileno, cloruro de etilo, 1,1,1-tricloroetano, 1,1-dicloro-1-fluoroetano (HCFC-141b), 1-cloro-1,1-difluoroetano (HCFC-142b), 1,1-dicloro-2,2,2-trifluoroetano (HCFC-123) y 1-cloro-1,2,2,2-tetrafluoroetano (HCFC-124). Los clorofluorocarburos totalmente halogenados incluyen tricloromonofluorometano (CFC-11), diclorodifluorometano (CFC-12), triclorotrifluoroetano (CFC-113), diclorotetrafluoroetano (CFC-114), cloroheptafluoropropano, y diclorohexafluoropropano. No se prefieren los clorofluorocarburos totalmente halogenados debido a su potencial reducción del ozono. Los alcoholes alifáticos incluyen metanol, etanol, n-propanol, e isopropanol. El agente de expansión orgánico más preferido es una mezcla de HCFC-142b y cloruro de etilo.

El agente de expansión puede comprender en menor proporción (es decir, menos de 15% en peso) uno o más agentes de expansión inorgánicos o agentes de expansión química. Agentes de expansión inorgánicos apropiados útiles en fabricar las espumas de la presente invención incluyen dióxido de carbono, nitrógeno, argón, agua, aire, y helio. Agentes de expansión química incluyen azodicarbonamida, azodiisobutiro-nitrilo, bencenosulfonhidrazida, 4,4-oxibenceno-sulfonil-semicarbazida, p-tolueno-sulfonil-semi-carbazida, azodicarboxilato de bario, N,N'-dimetil-N,N'-dinitrosotereftalamida, y trihidrazino-triazina.

La cantidad de agente de expansión incorporado a la masa fundida de polímero para fabricar un gel de polímero formador de espuma es preferiblemente de 0,05 a 0,5, y lo más preferiblemente de 0,08 a 0,40 moles-gramo por 100 g de polímero.

La presente espuma es más de 20% de células abiertas y preferiblemente de 30 a 70% de células abiertas de acuerdo con la norma ASTM D2856-A. Las espumas de células abiertas proporcionan un alto grado de resiliencia, normalmente observado solamente en espumas de células cerradas.

La presente espuma tiene la densidad de 96 kg/m^{3} o menos y lo más preferiblemente menos de 48 kg/m^{3}. La espuma tiene un tamaño de células medio de 3 mm o menos y preferiblemente 2 mm o menos de acuerdo con la norma ASTM D3576.

La presente espuma se puede fabricar con cualquier tamaño de sección transversal o configuración tal como hoja o tablón de espuma, pero son particularmente útiles en fabricar espumas en forma de tablón que tienen una dimensión principal en sección transversal de 5 cm o más o un área de sección transversal de 10 cm^{2} o más.

La presente espuma con preferencia es sustancialmente no reticulada. Sin embargo, la expresión no reticulada incluye el ligero grado de reticulación que se puede producir naturalmente sin el uso de agentes de reticulación.

La presente espuma tiene un espesor medio de pared de células de menos de 35, preferiblemente menos de 25, y lo más preferiblemente menos de 15 \mum de acuerdo con la fórmula de más abajo. Se supone que los agentes de expansión difunden más rápidamente de las paredes de células más delgadas que de las más gruesas, que proporciona un enfriamiento más eficaz y una pronta rigidez de las paredes de las células. Como resultado, las burbujas se estabilizan más eficazmente. Además, las paredes de células delgadas proporcionan mayor resiliencia al material celular. El espesor de la pared de células se puede calcular aproximadamente a partir de la densidad de la espuma y del tamaño de las células usando la ecuación siguiente (1):

(1)t = 0,46 D/B

en la que t es el espesor de las paredes de las células en \mum y D es el tamaño de las células en \mum y B es la relación de expansión del cuerpo celular. Puesto que la relación de expansión, B, se puede igualar a la relación entre la densidad del polímero (\rho_{p}) y la densidad de la espuma (\rho_{f}), el espesor de la pared de las células se puede representar por la ecuación (2):

(2)t = (0,46/\rho_{p})\rho_{f}D

Por ejemplo, para una resina de polipropileno que tenga una densidad de 900 kg/m^{3} tener espesor de pared de célula menor que, o igual a 35 \mum:

(3)\rho_{f}D \leq 4,28 \ pcf\cdot mm \ (68,5 kg/m^{3}\cdot mm)

preferiblemente, menor que, o igual a 25 \mum:

(4)\rho_{f}D \leq 3,06 \ pcf\cdot mm \ (48,9 kg/m^{3}\cdot mm)

lo más preferiblemente, menor que, o igual a 15 \mum:

(5)\rho_{f}D \leq 1,83 \ pcf\cdot mm \ (29,4 kg/m^{3}\cdot mm)

Se descubrió que una resina que tiene una elasticidad en estado fundido relativamente alta se expande más rápidamente a una espuma de buena calidad que tiene un alto nivel de células abiertas y que satisface los criterios de capacidad de ser expandida según se representa en las ecuaciones (3) a (5). La elasticidad de una masa fundida de polímero relativa a su viscosidad se puede representar por tg \delta, que es la relación entre el módulo de pérdidas y el módulo de almacenamiento. Puesto que es deseable tener una resina con una elasticidad de la masa fundida relativamente mayor que la viscosidad, se prefiere una resina de polipropileno que tenga una tg \delta relativamente pequeña. La tg \delta se determina con un espectrómetro mecánico, tal como el modelo RDS-800, disponible de Rheometrics, Inc. en Piscataway, New Jersey, USA. El valor de tg \delta se determina a 190ºC y una frecuencia de oscilación de un rad/s con una muestra de 2,5 mm de espesor y 25 mm de diámetro. Detalles adicionales relativos a la determinación de tg \delta se presentan en la Solicitud de EE.UU. de Serie No. 07/716.034 presentada el 17 de Junio, 1991, ahora Patente de EE.UU. 5 527 573.

La presente espuma de polímero de propileno generalmente se prepara calentando un material polímero de propileno para formar un material polímero fundido o plastificado, incorporando en él un agente de expansión para formar un gel espumable, y extruyendo el gel a través de una matriz para formar el producto de espuma. El agente de expansión se puede incorporar o mezclar en la masa fundida plástica por cualquier medio conocido en la técnica tal como con una extrusora, mezcladora, amasadora, o similar. Antes de la mezcla con el agente de expansión, el material plástico se calienta a la temperatura de, o por encima de, la temperatura de transición vítrea o del punto de fusión del material plástico. El agente de expansión se mezcla con la masa fundida plástica a una presión elevada suficiente para prevenir la sustancial expansión de la masa fundida y generalmente dispersar el agente de expansión homogéneamente en el interior de la masa fundida. Opcionalmente, un agente de nucleación se mezcla en la masa fundida del polímero. Las proporciones de alimentación del agente de expansión y del agente de nucleación se ajustan para conseguir una espuma de relativamente baja densidad y pequeño tamaño de células, que da lugar a una espuma que tiene paredes de células delgadas. Después de la incorporación del agente de expansión, el gel espumable típicamente se enfría a una temperatura más baja para optimizar las características físicas, que incluyen la estructura de células abiertas, del producto de espuma. A continuación, el gel se extruye a través de una matriz de forma deseada hasta una zona de presión más baja o reducida para formar el producto de espuma. La zona de presión más baja está a una presión inferior a la que el gel espumable se mantiene antes de la extrusión a través de la matriz. La presión más baja puede ser por encima de la atmosférica o inferior a la atmosférica (vacío), pero preferiblemente está a un nivel atmosférico.

También es posible añadir diversos aditivos tales como cargas inorgánicas, pigmentos, antioxidantes, depuradores de ácidos, absorbentes de ultravioleta, retardadores de llama, adyuvantes de procedimiento, y adyuvantes de extrusión.

Agentes de nucleación preferidos incluyen sustancias inorgánicas tales como carbonato cálcico, talco, arcilla, óxido de titanio, sílice, sulfato bárico, tierra de diatomeas, y mezclas de ácido cítrico y bicarbonato sódico. La cantidad de agente de nucleación empleado puede oscilar entre 0,01 y 5 partes en peso por 100 partes en peso de una resina de polímero. El intervalo preferido es de 0,1 a 3 partes en peso.

Otros procedimientos apropiados para fabricar la presente espuma son un procedimiento de espumas en forma de cordones coalescidos según se describe en la Patente de EE.UU. No. 4.824.720 y un procedimiento de extrusión de acumulación descrito en la Patente de EE.UU. No. 4.323.528.

La Patente de EE.UU. No. 4.824.720 describe un método para fabricar una estructura de espuma de células cerradas que comprende una pluralidad de cordones o perfiles extruidos coalescidos mediante espumación por extrusión de una composición termoplástica fundida que utiliza una matriz que comprende una multiplicidad de orificios. Los orificios están dispuestos de manera que el contacto entre corrientes adyacentes del compuesto extruido fundido se produce durante el proceso de espumación y las superficies de contacto se adhieren unas a otras con adhesión suficiente para dar lugar a una estructura unitaria. Los cordones individuales de espuma de poliolefina coalescidos permanecen adheridos en una estructura unitaria para evitar la deslaminación de los cordones por los esfuerzos que se presentan en preparar, conformar, y usar la espuma.

En la Patente de EE.UU. No. 4.323.528, se preparan cuerpos celulares alargados y de baja densidad que tienen grandes áreas de sección transversal lateral mediante:

1) formar, bajo presión, una mezcla de un polímero termoplástico y un agente de expansión, teniendo la mezcla una temperatura a la que la viscosidad de la mezcla es suficiente para retener el agente de expansión cuando se permite que la mezcla se expanda;

2) extruir la mezcla dentro de la zona de retención mantenida a una temperatura y presión que no permiten que la mezcla se espume, incluyendo la zona de retención una matriz de salida que define un orificio que se abre a una zona de menor presión en la que la mezcla se espuma, y una compuerta que se puede abrir, que cierra el orificio de la matriz;

3) abrir periódicamente la compuerta;

4) sustancial y concurrentemente aplicar presión mecánica mediante un émbolo móvil sobre la mezcla para expulsar la mezcla, desde la zona de retención a través del orificio de la matriz, hacia la zona de presión más baja, a una velocidad mayor que aquella a la que se produce la espumación sustancial en el orificio de la matriz y menos que aquella a la que se producen irregularidades sustanciales en el área de la sección transversal o en la forma; y

5) permitir que la mezcla expulsada se expanda libremente en como mínimo una dimensión para producir un cuerpo celular termoplástico alargado.

La presente espuma ofrece propiedades de amortiguamiento y resiliencia excelentes. Las espumas presentes son apropiadas para envases y embalajes amortiguadores ya que las espumas tienen propiedades de absorción de impacto y resiliencia adecuadas. Los productos de espumas atenúan los impactos durante caídas múltiples. Las espumas absorben los impactos dinámicos sorprendentemente bien, particularmente teniendo en cuenta que son células abiertas. Además, las espumas de células abiertas se pueden usar para absorción de ruidos. Las espumas se pueden usar también para aislamiento térmico.

La presente espuma tiene estabilidad dimensional satisfactoria aun cuando se expanda con agentes de expansión que se infiltran rápidamente. Espumas preferidas recuperan \geq 80% del volumen inicial en el espacio de un mes, midiéndose el volumen inicial durante los 30 segundos después de la extrusión.

Lo que sigue, son ejemplos de la presente invención, y no se deben considerar como limitativos. A no ser que se indique de otra manera, todos los porcentajes, partes, o proporciones son en peso.

Ejemplo 1

Se prepararon espumas de polímeros de propileno de células abiertas de la presente invención de acuerdo con el siguiente procedimiento. Se determinaron los intervalos de temperaturas de espumación deseables para fabricar espumas de células abiertas.

El equipo empleado fue una extrusora de tipo de tornillo de 2,5 cm que comprende zonas adicionales de mezcla y refrigeración al final de las zonas secuenciales usuales de alimentación, dosificación, y mezcla. Una abertura para el agente de expansión está provisto sobre el cilindro de la extrusora entre las zonas de dosificación y de mezcla. Al final de la zona de refrigeración, va unido un orificio de matriz que comprende una abertura de forma rectangular. La altura de la abertura, denominada en lo sucesivo abertura de la matriz, es regulable en tanto que su anchura está fija a 3,68 mm.

Una resina de polipropileno en forma de gránulos de alta resistencia en estado fundido (ARF), que tenía un MFR de 0,54 (según la norma ASTM D-1238, Condición L) y una tg \delta de 0,92 se mezcló con una pequeña cantidad, 0,1 ppc (partes por ciento en peso por 100 partes de polímero en peso) de antioxidante con marca comercial de Irganox 1010 (de Ciba-Geigy Corp.), y se alimentó a la extrusora a la velocidad uniforme de aproximadamente 1,8 kg/h. Las temperaturas mantenidas en las zonas de la extrusora fueron 175ºC en la zona de alimentación, 210ºC en la zona de fusión, 230ºC en la zona de dosificación, y 230ºC en la zona de mezcla. Una mezcla de 60/40 en moles (o 70/30 en peso) de HCFC-142b y EtC1 se preparó en un depósito para pesar, y se inyectó a presión en la zona de mezcla a la velocidad uniforme de 0,34 kg/h. La velocidad equivalía a 0,22 moles-libra por 100 libras de polímero (abreviado en lo sucesivo como mpc). El nivel de 0,22 mpc corresponde a 0,22 kpc (moles-kilogramo por 100 kilogramos). La abertura de la matriz se estableció en 0,30 mm. La temperatura de la mezcla homogénea de polímero/agente de expansión a punto para experimentar la expansión de la espuma (denominada en lo sucesivo temperatura de espumación) se redujo gradualmente regulando la temperatura de la zona de enfriamiento. En cada temperatura de espumación, se obtuvo una muestra de espuma. Después de aproximadamente una semana, cada muestra se sometió a determinados ensayos de propiedades físicas.

Espumas de buena calidad se fabricaron en un amplio intervalo de temperaturas de espumación. La Tabla 1 relaciona la densidad de espumas y el contenido de células abiertas con la temperatura de espumación. A una temperatura de espumación mayor que 164ºC, la espuma se colapsa total o parcialmente. A 164ºC, se estaba próximo a una región de temperatura en la que se podría fabricar una espuma de células abiertas y estable. En un intervalo de temperatura de espumación de 164ºC a 155ºC, se produjeron espumas que contenían 60-70% de células abiertas. Cuando la temperatura descendía más, tanto el contenido de células abiertas como la densidad de la espuma diminuían hasta que la temperatura alcanzaba 150ºC. Por debajo de 150ºC, las espumas eran esencialmente de células cerradas, y la densidad de la espuma se niveló. A una temperatura de espumación de 143ºC, indicaciones de enfriamiento de la masa fundida en la zona de enfriamiento se observó en forma de grumos en el cuerpo de la espuma y variaciones en la forma del cordón de la espuma. Según se observa en la Tabla 1, la ventana de temperatura (\DeltaT_{f}) para la espuma de células cerradas fue aproximadamente 144ºC-150ºC (\DeltaT_{f}= 7ºC) para este sistema de polímero/agente de expansión. Esto para la espuma parcialmente de células abiertas fue 151ºC-163ºC (\DeltaT_{f}= 13ºC). Si la temperatura umbral para una espuma de células cerradas se define como T_{f, \ máx} temperatura de espumación operable para la espuma parcialmente de células abiertas estaba en el intervalo entre (T_{f, \ máx}+1) y (T_{f \ máx}+13). El intervalo variará de acuerdo con los sistemas de polímero/agente de espumación. Para este sistema, la temperatura de espumación máxima para una espuma de células cerradas fue de aproximadamente 147ºC (punto medio del intervalo para espumas de células cerradas). Este ejemplo demostró que una espuma sustancialmente de células cerradas se puede extruir a partir de un sistema de polipropileno/agente de expansión orgánico mediante el control apropiado de la densidad de la espuma, tamaño de células y temperatura de espumación.

TABLA 1

Temperatura	Densidad de espuma	Tamaño de células	\rho_{f}D	Células abiertas
espumación	lb/pie^{3}) kg/m^{3})^{2}	(mm)^{3}	(lb/pie^{3}.mm)^{4}	(%)^{5}
(ºC)^{1}
164	- -espuma	colapsada	parcialm.- -
163	1,66(26,6)	0,95	1,58	69
162	1,63(26,1)	0,95	1,55	70

TABLA 1 (continuación)

Temperatura	Densidad de espuma	Tamaño de células	\rho_{f}D	Células abiertas
espumación	lb/pie^{3}) kg/m^{3})^{2}	(mm)^{3}	(lb/pie^{3}.mm)^{4}	(%)^{5}
(ºC)^{1}
161	1,59(25,4)	0,95	1,51	67
160	1,51(24,2)	1,08	1,63	62
159	1,55(24,8)	1,47	2,28	68
158	1,65(26,4)	1,47	2,43	66
157	1,62(25,9)	1,47	2,38	71
156	1,48(23,7)	1,80	2,66	69
155	1,49(23,8)	1,80	2,68	69
154	1,44(23,0)	1,80	2,59	45
153	1,35(21,6)	1,80	2,43	31
152	1,37(21,9)	1,35	1,85	20
151	1,35(21,6)	1,47	1,98	21
150*	1,27(20,3)	1,47	1,87	8
149*	1,27(20,3)	2,03	2,58	6
148*	1,29(20,6)	2,03	2,62	6
147*	1,34(21,4)	1,62	2,17	5
146*	1,31(21,0)	1,62	2,12	0
145*	1,31(21,0)	1,47	1,93	5
144*	1,32(21,1)	1,47	1,94	0
143*	1,34(21,4)	1,35	1,81	4
* No está dentro del alcance de esta invención.
^{1} Temperatura en ºC de la mezcla de polímero/agente de soplado para experimentar la expansión de la
\hskip2mm espuma.
^{2} Densidad del cuerpo de espuma en libras por pie cúbico (kilogramos por metro cúbico) medida a
\hskip2mm aproximadamente 9 días después de la expansión de la espuma.
^{3} Tamaño de células determinado por la norma ASTM D3576.
^{4} Producto de densidad de espuma por tamaño de célula.
^{5} Contenido de células abiertas en porcentaje determinado por la norma ASTM D2856-A.

Ejemplo 2

Se prepararon espumas de polímeros de propileno de células abiertas de la presente invención de acuerdo con el siguiente procedimiento. Se determinaron los niveles de agente de expansión deseables para fabricar espumas de células abiertas.

Se emplearon el aparato, polímero y agente de expansión del Ejemplo 1.

Se determinó el efecto del nivel de agente de expansión sobre la capacidad de espumarse de la resina de polipropileno. La temperatura de espumación había de conservarse constante a 148ºC, pero se subió a 151ºC para el nivel de agente de soplado de 0,13 kpc para evitar que la masa fundida de polímero se enfriara. Los datos del procedimiento y de propiedades están representados en la Tabla 2. A la temperatura de espumación de 148ºC, a la que un nivel de agente de expansión de 0,22 kpc proporcionaba una célula cerrada como se observó en el Ejemplo 1, 0,19 kpc de agente de expansión también proporcionó una espuma sustancialmente de células cerradas. El contenido de células abiertas aumentó cuando el nivel del agente de expansión disminuyó - -36% en 0,16 kpc y 69% en 0,13 kpc. A un nivel de agente de expansión de 0,13 kpc, algo de talco se añadió para reducir el tamaño de célula y se incrementó la temperatura de espumación.

TABLA 2

Nº	Nivel agente	Nivel de	Temp.	Densidad de	Tamaño célula	\rho_{f}D	Células
ensayo	expansión	talco	espumación	espuma	(mm)^{5}	(lb/pie^{3}.mm)^{6}	abiertas
	(kpc)^{1}	(ppc)^{2}	(ºC)^{3}	lb/pie^{3}			(%)^{7}
				(kg/m^{3})^{4}
II.1*	0,19	-	148	1,37(21,9)	1,62	2,22	2
II.2	0,16	-	148	1,61(25,8)	2,03	3,27	36
II.3	0,13	0,03	151	2,01(21,2)	1,01	20,3	69
* No es un ejemplo de esta invención
^{1} moles-libras de agente de expansión mezclado en 100 libras de polímero (que corresponde a kpc)
^{2} Partes de polvo de talco mezcladas en 100 partes de polímero en peso
^{3} Temperatura en ºC de la mezcla de polímero/agente de expansión próxima a experimentar la expansión de la
\hskip2mm espuma.
^{4} Densidad del cuerpo de espuma en libras por pie cúbico (kilogramos por metro cúbico) medida a los 9 días
\hskip2mm después de la expansión de la espuma.
^{5} Tamaño de células en milímetros según la norma ASTM D3576.
^{6} Producto de la densidad de espuma por tamaño de células.
^{7} Contenido de células abiertas en porcentaje según la norma ASTM D2856-A.

Ejemplo 3

Se prepararon espumas de células abiertas de la presente invención de acuerdo con el siguiente método. Las espumas se prepararon con un copolímero de propileno.

Se empleó el mismo aparato que en el Ejemplo 1. Un copolímero al azar de 2/98 (en peso) de etileno/propileno que tenía una MFR de 0,39 (norma ASTM D-1238, Condición L) y una tg \delta de 1,09 se espumó por el procedimiento del Ejemplo 1 con el agente de expansión del Ejemplo 1. Como en los Ejemplos 1 y 2, se emplearon 0,01 ppc de antioxidante (Irganox 1010). Las temperaturas mantenidas en las zonas de la extrusora fueron 160ºC en la zona de alimentación, 180ºC en la zona de fusión, 200ºC en la zona de dosificación y 230ºC en la zona de mezcla. Se prepararon espumas en un intervalo de temperaturas de espumación y en un intervalo de niveles de agente de expansión. Cuando la temperatura de espumación disminuía, la abertura de la matriz se incrementaba ligeramente de 0,30 mm a 0,43 mm para conseguir la sección transversal de la espuma deseada sin espumación previa.

Espumas de células abiertas y baja densidad se fabricaron usando la resina de copolímero en un intervalo de temperaturas de espumación relativamente ancho. Como se puede observar en la Tabla 3, fabricar una espuma de células cerradas con la resina de copolímero fue difícil como se comprueba por el estrecho intervalo de temperatura de espumación (139ºC-141ºC) para un bajo contenido de células abiertas. Por el contrario, espumas de células abiertas y baja densidad se consiguen fácilmente a partir de esta resina para un intervalo de temperatura de 142ºC-147ºC. La temperatura de espumación de 144ºC-145ºC produjo espumas de células abiertas con un contenido óptimo de células abiertas de 40-50% y las más bajas densidades de las espumas.

TABLA 3

ensayo	Nivel agente	Nivel de	Temp. de	Densidad de	Tamaño células	\rho_{f}D	Células
Nº	expansión	talco	espumación	espuma	(mm)^{5}	(lb/pie^{3}.mm)^{6}	abiertas
	(mpc)^{1}	(ppc)^{2}	(ºC)^{3}	lb/pie^{3}			(%)^{7}
				(kg/m^{3})^{4}
III.1	0,22	- -	151	3,34(53,4)	0,65	2,17	40
			150	2,74(43,8)	0,85	2,33	35
	''		149	2,02(32.3)	0,81	1,64	86
	''		148	1,80(28,8)	0,95	1,71	80
	''		147	1,53(24,5)	0,90	1,38	45
	''		146	1,43(22,9)	0,90	1,29	61
	''		145	1,38(22,1)	1,01	1,39	43
	''		144	1,37(21,9)	1,10	1,38	47
*	''		143	1,40(22,4)	1,01	1,41	15
	''		142	1,44(23,0)	0,95	1,37	23
*	''		141	1,43(22,9)	0,95	1,36	12
*	''		140	1,42(22,7)	1,01	1,43	3
*	''		139	1,40(22,4)	0,85	1,19	12
III.2	0,19	- -	142	1,55(24,8)	0,95	1,47	83
III.3	0,19	0,03	141	1,55(24,8)	0,85	1,32	47
* No es un ejemplo de esta invención.
^{1} Moles-libras de agente de expansión mezclado en 100 libras de polímero (que corresponde a kpc).
^{2} Partes de polvo de talco mezclado en 100 partes de polímero en peso
^{3} Temperatura en ºC de la mezcla de polímero/agente de expansión a punto de experimentar la expansión
\hskip2mm de la espuma.
^{4} Densidad del cuerpo de espuma en libras por pie cúbico (kilogramos por metro cúbico) medida 9 días
\hskip2mm después de la expansión de la espuma.
^{5} Tamaño de células en milímetros determinada según la norma ASTM D3576.
^{6} Producto de la densidad de espuma por el tamaño de células.
^{7} Contenido de células abiertas en porcentaje determinado según la norma ASTM D2856-A, Ensayo No.
\hskip2mm III.1 constituido por 13 muestras de espumas con un nivel constante de agente de expansión y diferentes
\hskip2mm temperaturas de espumación.

Ejemplo 4

Espumas de células abiertas de la presente invención se prepararon de acuerdo con el siguiente procedimiento. Las espumas se prepararon usando un sistema de extrusión de acumulación (SEA).

El aparato es el mismo de los Ejemplos 1 a 3, excepto que la matriz se sustituye con el SEA. El SEA comprendía un recipiente de presión con camisa calefactora de 300 cm^{3} sistema de presión con nitrógeno, y un orificio de la matriz de abertura regulable de 0,64 cm de anchura. El recipiente de presión, las tuberías de transferencia, y la matriz se mantenían a, o ligeramente por encima de, la temperatura de la masa fundida espumable de manera que el material no adquirió un calor excesivo ni se enfrió excesivamente. Después de que se estableció la condición de espumación deseada, la masa fundida se acumuló en el recipiente a la contrapresión de aproximadamente 4.830 kPa manométricos. Después de que una cantidad prescrita de la masa fundida se había acumulado, gas de nitrógeno (regulado a 8.960 kPa manométricos) se introdujo por la parte superior del recipiente y la masa fundida espumable se descargó a través del orificio de la matriz para expandirse.

Se evaluaron tres copolímeros de etileno/propileno con la relación de 2/98 en peso, que tenían diferentes MFR . Un copolímero es el mismo del Ejemplo 3. Los valores de tg \delta de las resinas fueron 1,11 para la resina de 0,26 de MFR, 0,87 para la resina de 0,57 de MFR y 1,09 para la resina de 0,39 de MFR. Como en los Ejemplos 1 a 3, una mezcla de 60/40 en moles de HCFC-142b/EtC1 se usó como agente de expansión. Los datos están resumidos en la Tabla 4. Las tres resinas proporcionaron espumas de buena calidad que tenían grandes secciones transversales de 16-18 cm^{2}, tamaño de células pequeño, y densidades bajas. Las condiciones de temperatura de operación eran tales que los contenidos de células abiertas variaban ampliamente de una resina a otra. La resina de 0,39 de MFR proporcionó espuma de células casi completamente abiertas a 140ºC, en tanto que la de MFR de 0,26 proporcionó una espuma que contenía solamente 14% de células abiertas a 147ºC. Una espuma que tenía un contenido intermedio de células abiertas (27%) se consiguió con la resina de 0,57 de MFR a 145ºC. Naturalmente, los contenidos de células abiertas de estas espumas se pueden alterar eligiendo una serie diferente de condiciones de operación (temperatura, tamaño de células, y densidad).

TABLA 4

Nº	MFR	Nivel agente	Nivel de	Temp.de	Densidad de	Tamaño	\rho_{f}D	Células
Ensayo	resina^{1}	expansión	talco	espumación	espuma	células	(lb/pie^{3}	abiertas
		(mpc)^{2}	(ppc)^{3}	(ºC)^{4}	lb/pie^{3}	(mm)^{6}	mm)^{7}	(%)^{8}
					(kg/m^{3})^{5}
IV.1*	0,26	0,19	- -	147	1,18(18,88)	0,58	0,68	14
IV.2	0,57	0,18	- -	145	1.20(19,20)	0,58	0,70	27
IV.3	0,39	0,19	0,02	140	1,37(21.92)	0,51	0,70	92
* No es un ejemplo de esta invención.
^{1} Índice de fluidez en dg/min del copolímero de etileno-propileno de 2/98 usado; determinado según la
\hskip2mm norma ASTM D1238, Condición L.
^{2} Moles-Libra de agente de expansión mezclado en cien libras de polímero (que corresponde a kpc).
^{3} Partes de polvo de talco mezclado en cien partes de polímero en peso.
^{4} Temperatura en ºC de la mezcla de polímero/agente de expansión próxima a experimentar expansión de
\hskip2mm la espuma.
^{5} Densidad del cuerpo de espuma en libras por pie cúbico (kilogramos por metro cúbico) medida 9 días
\hskip2mm después de la expansión de la espuma.
^{6} Tamaño de células en milímetros determinada según la norma ASTM D3576.
^{7} Producto de densidad de la espuma por tamaño de células.
^{8} Contenido de células abiertas en porcentaje, determinado según la norma ASTM D2856-A.

Ejemplo 5

Se prepararon espumas de células abiertas de la presente invención de acuerdo con el siguiente procedimiento. Estas espumas se prepararon con un homopolímero de polipropileno de alta resistencia en estado fundido (ARF) y diversos agentes de expansión diferentes.

El aparato y el procedimiento de operación fueron sustancialmente los mismos que en el Ejemplo 1. Un homopolímero de polipropileno de ARF que tenía una MFR (la MFR se determinó según la norma ASTM D1238 en la Condición L a no ser que se especifique de otra manera en lo sucesivo) y tg \delta de 1,09 se expandió con diversos agentes de expansión diferentes. Para agentes de expansión mixtos, los agentes de expansión constituyentes se premezclaron antes de la inyección dentro de la extrusora. Según se indica en la Tabla 5, algo de polvo de talco se incorporó en algunos ensayos para reducción del tamaño de las células. En ensayos en los se usó HFC-134a como agente de expansión, algo de monoestearato de glicerol (MEG) se incorporó para agrandar el tamaño de las células. MEG, en forma concentrada, y talco se premezclaron con los gránulos de polipropileno y se alimentaron al interior de la extrusora a la velocidad uniforme de 1,81 kg/h. Las temperaturas mantenidas en las zonas de la extrusora fueron 150ºC en la zona de alimentación, 200ºC en la zona de fusión, 220ºC en la zona de dosificación, y 230ºC en la zona de mezcla.

La temperatura de la zona de enfriamiento se mantuvo para enfriar uniformemente el gel (mezcla de la masa fundida de polímero y agente de expansión) por debajo de aproximadamente 150ºC-151ºC. La abertura de la matriz se reguló para cada gel para dar lugar a cordones libres de espumación previa. La estabilidad dimensional de la espuma se midió con dos muestras de aproximadamente 12,7 cm de longitud. Según se establece en la Tabla 5, todos los agentes de expansión solos o mixtos dieron lugar a espumas de baja densidad y buena calidad que comprendían 24% o más de células abiertas a la temperatura de espumación. Todas las espumas cumplían los criterios de capacidad de espumación, \rho_{f}D \leq 4,28 kg/m^{3}\cdotmm. Con los contenidos de células abiertas relativamente altos, todas las espumas exhibían excelente estabilidad dimensional.

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1

Ejemplo 6

Se prepararon espumas de células abiertas de la presente invención de acuerdo con el siguiente procedimiento. Se prepararon tablones de espumas de células abiertas de gran sección transversal y de baja densidad usando una matriz de orificios múltiples y un montaje de placa de conformación.

El aparato fue sustancialmente el mismo que en el Ejemplo 1 excepto que la extrusora y la matriz eran diferentes. La extrusora era del tipo de un solo tornillo de 3,8 cm. La matriz era una matriz de orificios múltiples con orificios de 076 mm de diámetro dispuestos en filas y columnas según una configuración de triángulo equilátero con 3,7 mm de espacio entre los orificios. Un montaje de placa de conformación iba unida a la cara de la matriz. El montaje de la placa de conformación comprendía dos placas de conformación horizontales y dos zapatas de guía diseñadas para guiar los bordes de la espuma. Las placas de conformación se fabricaron de carbono-grafito, y la holgura entre las dos placas era regulable moviendo las placas verticalmente. Las zapatas laterales, con un ángulo de 45 grados hacia afuera y forradas con hoja de Teflon (nombre comercial de E.I. DuPont de Nemourrs & Com) se podían mover en vaivén.

Se empleó un copolímero al azar de etileno/propileno de ARF que tenía una MFR de 0,5 y tg \delta de 0,96. La resina granular se mezcló con 0,1 ppc de polvo de talco para el control del tamaño de células y 0,2 ppc de antioxidantes. Los antioxidantes comprendían 50% de IRGANOX 1010, marca comercial del tipo de fenol con impedimento estérico (Ciba-Geigy Corp.) y 50% de ULTRANOX 626 marca comercial de tipo fosfito (Borg-Warner Chemical, Inc.). Los antioxidantes se fabricaron en forma de concentrado en la resina de base. La mezcla sólida se alimentó al interior de la extrusora a la velocidad uniforme de aproximadamente 4,5 kg/h. Las temperaturas mantenidas en las zonas de la extrusora fueron 185ºC en la zona de alimentación, 200ºC en la zona de fusión, 230ºC en la zona de dosificación, y 200ºC en la zona de mezcla. Una mezcla de 60/40 en moles de HCF-152a y cloruro de etilo se inyectó a presión en la zona de mezcla a la velocidad uniforme de 0,62 kg/h, que equivale a aproximadamente 0,21 mpc. La mezcla homogeneizada de polímero y agente de expansión se enfrió a aproximadamente 157ºC en la matriz para producir cordones de espuma estables.

Después de que tomó una muestra no espumada, las placas de conformación se aplicaron a ambos lados de las superficies de la espuma y las zapatas laterales se movieron para guiar el cuerpo de espuma en los bordes. Con el fin de superar el arrastre creado por las placas, el cuerpo de la espuma se debe apartar suavemente.

Como se puede observar en la Tabla 6, la conformación tenía un efecto importante sobre la calidad, densidad y tamaño de la sección transversal de la espuma. El cuerpo de la espuma no conformado, era una acumulación de cordones cilíndricos sueltamente coalescidos, con canales entre los cordones, densidad de espuma relativamente alta, pequeña sección transversal y superficies rugosas que reflejan el perfil de los cilindros. La conformación vuelve a los cordones alargados y deformados a formas de nido de abejas hexagonales, y compactados sin huecos entre ellos, que proporciona una espuma de excelente calidad que tiene baja densidad, tamaño de sección transversal más grande y piel lisa. Con su alto contenido de células abiertas, la espuma era resistente a la compresión y recuperaba rápidamente después de compresión.

TABLA 6

2

^{1} no = espumación libre sin aplicar placas de conformación; sí = aplicación de placas de conformación.

^{2} Densidad de espuma en libras por pie cúbico, envejecida durante 14 días o más después de la expansión.

^{3} Densidad del cuerpo de espuma en kilogramos por metro cúbico, medida a los 14 días después de la ex-

\hskip2mm pansión de la espuma.

^{4} Tamaño de células en milímetros determinado según la norma ASTM D3576.

^{5} Diámetro del cuerpo de espuma en centímetros.

^{6} Espesor del cuerpo de espuma en centímetros.

^{7} Anchura del cuerpo de espuma en centímetros.

^{8} Producto de densidad de la espuma por el tamaño de células.

^{9} Contenido de células abiertas en porcentaje, determinado según la norma ASTM D2856-A.

Ejemplo 7

Este ejemplo ilustra que la conformación conduce a una espuma de polipropileno de células abiertas que tiene las deseadas propiedades de amortiguamiento dinámico, resiliencia y distribución de resistencia bien equilibradas.

El aparato fue una extrusora de tipo de tornillo de 4,4 cm que tenía sustancialmente la misma configuración que la del Ejemplo 6. El aparato empleó la matriz de orificios múltiples del Ejemplo 6. 154 orificios (11 filas y 13 columnas) se perforaron en la matriz. El montaje de placa de conformado fue como en el Ejemplo 6.

La resina de polipropileno del Ejemplo 6 se expandió con una mezcla de 60/40 en moles de HCFC-152b/EtC1, y después se conformó. El paquete de antioxidantes fue como en el Ejemplo 6. Se empleó polvo de talco en 0,5 ppc. Los sólidos se alimentaron al interior de la extrusora a la velocidad uniforme de aproximadamente 11,4 kg/h. Las temperaturas mantenidas en las zonas de la extrusora fueron 175ºC en la zona de alimentación, 200ºC en la zona de fusión, 230ºC en la zona de dosificación, y 200ºC en la zona de mezcla. El agente de expansión premezclado se inyectó a presión en la zona de mezcla a la velocidad de 1,9 kg/h, lo cual equivale a 16,4 partes por 100 partes de polímero o aproximadamente 0,19 mpc.

El gel de polímero en estado fundido y agente de expansión se enfrió a aproximadamente 152ºC para producir cordones de espuma estables. Los cordones de espuma tenían un tamaño fino de células y aproximadamente 3,7 mm de diámetro que se adherían sueltamente unas a otras. La densidad de los cordones de espuma era 32 kg/m^{3}, y el tamaño de célula fue 0,43 mm. La sección transversal de la espuma era pequeña, y la superficie de la espuma era rugosa. Después de que se tomó una muestra no conformada, las placas de conformación se cerraron entre sí para dar un arrastre sobre la espuma, después las placas se abrieron para proporcionar una gran sección transversal. Las zapatas laterales se movieron para guiar la espuma en los bordes. El cuerpo de espuma se apartó suavemente para superar el arrastre creado por las placas de conformación. Con el conformado, se consiguió una espuma de excelente calidad que tenía un tamaño de sección transversal mayor con cordones bien coalescidos. Los cordones se deformaron para conformar formas de nido de abeja perfectas, y las superficies de la espuma se volvieron lisas con los cordones superficiales aplanados. Otros beneficios de conformación se pueden deducir de la Tabla 5, en la que se comparan las propiedades del cuerpo de espuma conformada. Los beneficios incluyen una reducción del 28% en la densidad de la espuma, casi triplicando el tamaño de la sección transversal de la espuma, y resistencia direccional más equilibrada. Ordinariamente, una plancha de espuma extruida presenta su resistencia orientada hacia la dirección de extrusión, pero las cargas aplicadas con frecuencia se aplican en dirección vertical en aplicaciones reales de amortiguamiento.

La Tabla 7A indica claramente que la conformación redistribuye la resistencia hacia las direcciones transversales (direcciones vertical y horizontal).

La espuma de polipropileno de células abiertas se sometió a ensayo para aplicaciones de amortiguamiento de envases y embalajes. Todas las muestras de espuma tenían un espesor de 3,8 cm (que es la dirección del esfuerzo) y un área de soporte de la carga de 6,4 cm X 7,6 cm. Se midió la desaceleración máxima experimentada por un peso que cae sobre la muestra de espuma desde una altura de 61 cm. El comportamiento del polipropileno de células abiertas en atenuar impactos durante el primero y múltiples impactos indicaba que sus propiedades de amortiguamiento eran adecuadas para la mayor parte de las aplicaciones.

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(Tabla pasa a página siguiente)

3

TABLA 7B

4

^{1} Resistencia a compresión a 25% de deformación en kilopascales determinada según la norma ASTM

\hskip2mm D3575B.

\hskip2mm Amortiguamiento dinámico = desaceleración máxima en g con un peso que ejerce el esfuerzo dinámico

\hskip2mm especificado durante la primera caída (1ª Caída) y segunda a la quinta caídas (Media de Caídas 2-5).

^{2} Esfuerzo estático ejercido sobre las muestras de espuma en kilopascales.

^{3} Propiedades medidas en las direcciones vertical (V), extrusión (E) y horizontal (H), respectivamente,

\hskip2mm para el producto de espuma de polipropileno.

Ejemplo 8

Se prepararon espumas de células abiertas de la presente invención de acuerdo con el procedimiento de la presente invención. Las espumas se prepararon con un copolímero de propileno de ARF y sometido a conformación.

El ensayo de conformación del Ejemplo 7 se repitió con un copolímero de etileno/propileno de 2/98 con ARF que tenía una MFR de 0,8 y un valor de tg \delta de 1,60. Un agente de nucleación del tipo mezcla de bicarbonato sódico/ácido cítrico (Hydrocerol CF-20, marca comercial disponible de Boehringer Ingelheim KG, Germany) se empleó como agente de control del tamaño de célula. Excepto la zona de enfriamiento y matriz, las zonas de la extrusora se regularon a las mismas temperaturas que en el Ejemplo 7. En el ensayo de este ejemplo, se habían empleado agentes de expansión hidrocarbonados mixtos: una mezcla al 60/40 en moles de isobutano y pentano normal en el Ensayo 8.1 y una mezcla al 70/30 en moles de isobutano y butano normal en el Ensayo 8.2. La velocidad de extrusión del polímero se mantuvo a 11,3 kg/h y la velocidad del agente de expansión se reguló de manera que el nivel debería ser 0,25 mpc en ambos casos. Un total de 156 orificios (12 filas X 13 filas) y 143 orificios (11 filas X 13 filas) se perforaron en los Ensayos 8.1 y 8.2, respectivamente. Buenas espumas se fabricaron cuando el gel se enfrió a aproximadamente 137ºC y 140ºC en los Ensayos 8.1 y 8.2, respectivamente. El montaje de placas de conformación se aplicó a los cordones de espuma que salían de la matriz. En ambos ensayos se consiguieron espumas de excelente calidad.

5

Ejemplo 9

Se prepararon espumas de células abiertas de la presente invención de acuerdo con el siguiente procedimiento. Las espumas se prepararon usando un aparato de mayor escala con una matriz de orificios múltiples.

El aparato comprendía sustancialmente la misma configuración que en el Ejemplo 1, excepto una extrusora de tipo de tornillo de 8,9 cm y una matriz diferentes. La matriz era una matriz de orificios múltiples que comprendía 2.016 orificios de 1,04 mm de diámetro dispuestos en 18 filas y 112 columnas según una configuración de triángulo equilátero con 0,64 cm de distancia entre orificios. El procedimiento de operación fue sustancialmente el mismo que en el Ejemplo 1.

Un copolímero al azar de etileno/propileno de 2/98 de ARF, que tenía una MFR de 0,34 (norma ASTM D-1238, Condición L) se mezcló con 0,05 ppc de polvo de talco y 0,2 ppc de antioxidantes. Los antioxidantes comprendían 50% en peso del tipo de fenol con impedimento estérico de marca comercial Irganox 1010 (Ciba-Geigy Corp.) y 50% en peso del tipo fosfito de marca comercial Ultranox 626 (Borg-Warner Chemical, Inc.). Los antioxidantes se habían incorporado previamente a resina de base, mediante cizallamiento y calor, en forma de mezcla madre. La mezcla de sólidos se alimentó a la extrusora a la velocidad uniforme de aproximadamente 182 kg/h. Las temperaturas mantenidas en las zonas de la extrusora fueron 130ºC en la zona de alimentación, 200ºC en la zona de fusión, 230ºC en la zona de dosificación y 210ºC en la zona de mezcla. HCFC-142b se inyectó a presión en la zona de mezcla a la velocidad de 36 kg/h, lo cual supone 19,8 partes por 100 partes de polímero o aproximadamente 0,20 kpc. Cuando la mezcla homogénea de polímero y agente de expansión se enfrió a aproximadamente 154ºC, se consiguió una buena espuma que tenía un tamaño de célula fino. Los cordones de espuma se coalescían bien juntas, dando lugar a un tablón de espuma con la mayoría de los intersticios o canales llenos. El tamaño de la sección transversal de la espuma fue de aproximadamente 6,1 cm X 60 cm.

La espuma exhibía excelente estabilidad dimensional durante el envejecimiento, no experimentando casi ningún cambio (menos de 1%). Las propiedades de la espuma se determinaron dos semanas después de la extrusión. La espuma tenía una densidad de 23,7 kg/m^{3}, 0,58 mm de tamaño de células, y 61% de células abiertas. La espuma tenía una resistencia a la compresión vertical de aproximadamente 48 kPa a 25% de deformación y, después de 80% de deformación por compresión, se recuperaba bien hasta el 95% de su espesor original al cabo de una hora y el 96% de su espesor original al cabo de un día. La espuma tenía una conductividad térmica de 0,042 W/m.Kº. Con su resiliencia y baja conductividad térmica, la espuma de polipropileno no sólo es apropiada para envase y embalaje con amortiguamiento sino también para aplicaciones de aislamiento.

Ejemplo 10

Espumas de células abiertas de la presente invención se prepararon de acuerdo con el siguiente procedimiento. La espuma se preparó en forma de tablón con un homopolímero de polipropileno de ARF.

El aparato de espumación, la materia prima de resina, y el agente de expansión fueron sustancialmente los mismos que en el Ejemplo 9, excepto que una matriz de ranura de abertura regulable de 25,4 mm de anchura se empleó para producir una espuma en forma de tablón.

La materia prima de polímero se mezcló con el paquete de antioxidante del Ejemplo 9. No se incorporó talco. La materia prima se alimentó a la extrusora a la velocidad uniforme de aproximadamente 1.145 kg/h. Las zonas de la extrusora se regularon a las mismas temperaturas que en el Ejemplo 5. HCFC-142b se inyectó a presión en la zona de mezcla a la velocidad de 23 kg/h, lo cual supone 20 partes por 100 partes de polímero en peso o aproximadamente 0,20 kpc. Cuando el gel de polímero fundido/agente de expansión en estado fundido se enfrió uniformemente a la temperatura de espumación óptima de 153ºC, la abertura de la matriz se reguló para preparar una espuma exenta de pre-espumación. Con una abertura de matriz de 0,343 cm, que era la abertura umbral de la matriz para pre-espumación, se obtuvo una espuma de buena calidad de 4,8 cm X 10,7 cm de sección transversal.

Lo mismo que la plancha de cordones coalescidos del Ejemplo 9, la espuma exhibía excelente estabilidad dimensional durante el envejecimiento sin apenas contracción (menos de 1%). Las propiedades de la espuma se midieron dos semanas después de la extrusión. La espuma tenía una densidad de 18,9 kg/m^{3}, 1,49 mm de tamaño de células, y 84% de células abiertas. La espuma tenía una resistencia a la compresión vertical de 40 kPa para una deformación del 25% y, después de una compresión del 80%, recuperó 91% de su espesor original al cabo de un día.

Aunque realizaciones de la espuma y el procedimiento de la presente invención se han presentado en relación con detalles específicos, se entenderá que según el procedimiento de fabricación y los deseos de los fabricantes, la presente invención se puede modificar mediante diversos cambios, aunque estando todavía claramente dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

1. Una espuma de polímero de propileno, extruida y dimensionalmente estable, que comprende un material polímero de propileno que contiene más de 50% en peso de unidades monómeras de propileno, y que tiene un contenido de células abiertas de más de 20% y una densidad de espuma inferior a 400 kg/m^{3}, caracterizada porque:

(i): la espuma está en forma de un tablón que tiene un espesor medio de pared de las células inferior a 35 \mum,

(iii): la espuma tiene una densidad de 96 kg/m^{3} o menos.

2. El tablón de espuma de la reivindicación 1, en el que la espuma es de 30 a 70% de células abiertas.

3. El tablón de espuma de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el material polímero de propileno contiene más de 70% en peso de unidades monómeras de propileno.

4. El tablón de espuma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la espuma tiene un espesor medio de pared de células inferior a 15 \mum.

5. El tablón de espuma de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la espuma está en forma de cordones coalescidos.