ES2245515T3 - Procedimiento para la preparacion de particulas de polivinilareno expandidas. - Google Patents
Procedimiento para la preparacion de particulas de polivinilareno expandidas.Info
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Abstract
Procedimiento para la preparación de partículas porosas expansionadas de polivinilareno, que comprende las etapas de: a) preexpansión de partículas no expansionadas de polivinilareno, que contienen un agente de inflado, hasta una densidad aparente d0 comprendida entre 600 y 200 kg/m3 para formar poros en las citadas partículas, en las que el aumento de volumen del polivinilareno preexpansionado en comparación con el volumen de las partículas no expansionadas de polivinilareno va desde aproximadamente 1, 5 hasta menos de 3 veces; b) impregnación de un gas inorgánico en los citados poros de dichas partículas preexpansionadas a una temperatura comprendida entre 0 y 95ºC, de manera que la presión interior de los poros de las citadas partículas preexpansionadas está comprendida entre 200 y 1500 kPa; y c) expansión de las citadas partículas de la etapa b) para formar dichas partículas expandidas de polivinilareno hasta una densidad aparente de por lo menos tres veces inferior a d0.
Description
Procedimiento para la preparación de partículas
de polivinilareno expandidas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la preparación de partículas de polivinilareno
expansionadas y a un procedimiento para la preparación de artículos
de espuma a partir de estas partículas expandidas.
Desde hace muchos años se conoce el hecho de que
las partículas de polivinilarenos, tales como poliestireno, se
pueden expandir y que las partículas así obtenidas se pueden usar en
la preparación de artículos de espuma. A este respecto se hace
referencia en, p.e., la patente US nº 2681321 que describe un
procedimiento en el que las partículas de poliestireno se exponen a
hidrocarburos líquidos y se tratan de manera que el hidrocarburo
líquido se disperse en las partículas de poliestireno. Las
partículas así preparadas generalmente contienen de 4 a 8% en peso
de dicho hidrocarburo líquido, tal como butano,
n-pentano o mezclas de pentanos. También se han
usado hidrocarburos halogenados para este propósito. Estas
partículas se pueden expandir a continuación hasta partículas con
una densidad reducida. Las densidades aparentes para las partículas
de empaquetado generalmente son de 20 a 60 g/l. Una vez expandidas,
las partículas se fusionan en un molde calentado al vapor para dar
lugar a un artículo de espuma de una forma deseada.
Uno de los factores que influyen la expansión de
las partículas de poliestireno es la cantidad de agente de inflado
hidrocarbonato. En la Kira Othmer, Enciclopedia de Tecnología
Química, tercera edición, volumen 21, página 838, se puede leer que
la densidad de las partículas que contienen 5,7% en peso de
n-pentano es, típicamente, de 1080 kg/m^{3}, en
comparación con un valor de 1050 kg/m^{3} para las perlas de
poliestireno puro y un valor de una densidad calculada de 1020
kg/m^{3} para una simple mezcla en la que el
n-pentano se disuelve en poliestireno. Si todo el
pentano estuviese en los espacios vacíos, la densidad calculada
sería de 1120 kg/m^{3}. Por consiguiente, esto sugiere que parte
del agente de inflado hidrocarbonato se encuentra en pequeños
espacios en el poliestireno. Las personas expertas en la técnica
apreciarán que las anteriores densidades son densidades de las
partículas, que se pueden recalcular como densidades aparentes. Una
densidad de partícula de 1080 kg/m^{3} corresponde a una densidad
aparente de aproximadamente 720 kg/m^{3}.
Una desventaja de la presente práctica es que
durante el transporte y almacenaje de las partículas de
hidrocarburos no expansionadas puede existir evaporación a partir de
las partículas, en particular desde los espacios vacíos. Cuando las
partículas se transportan y/o almacenan a temperaturas y/o tiempos
variables, las cantidades de, p.e., pentano retenido pueden variar
de manera significativa. Aparte de las medidas extra de seguridad
que deben tomarse durante el transporte, tales como el empaquetado
de gas comprimido, se apreciará el hecho de que dicha variación
puede tener un efecto en la espuma resultante obtenida después de la
expansión.
Además, el propio procedimiento de expansión da
lugar a que los hidrocarburos originalmente presentes en las
partículas no expansionadas se emitan el medio ambiente. Con el fin
de reducir las emisiones se ha desarrollado un complicado equipo
para recoger los hidrocarburos emitidos para un posterior manejo,
p.e. combustión. Este equipo se ha de colocar en las instalaciones
del usuario final de las partículas, p.e. el cliente que fabrica los
artículos de espuma. Ello requiere experiencia e inversiones
adicionales con estos clientes.
La presente invención intenta erradicar las
anteriores desventajas mediante la provisión de un procedimiento
para la preparación de partículas de polivinilareno expandidas en el
que las partículas de polivinilareno pre-expandidas
hasta una densidad aparente d_{0}, que va desde 600 hasta 200
kg/m^{3}, se impregnan con un gas inorgánico, y las partículas
impregnadas así obtenidas se expanden hasta una densidad aparente de
por lo menos tres veces inferior
a d_{0}.
a d_{0}.
Las ventajas de la presente invención son
enormes. En las instalaciones del fabricante de polivinilareno se
preparan partículas de polímero de polivinilareno no expandidas que
contienen un agente de inflado y estas partículas se
pre-expanden hasta una densidad aparente reducida en
el margen de 600 a 200 g/l. Si esta reducción de densidad se obtiene
mediante el uso de un agente de inflado hidrocarbonato, el agente de
inflado emitido se puede recoger y manejar posteriormente (p.e. ser
reusado) en la planta del fabricante de polivinilareno.
En segundo lugar, el fabricante de polivinilareno
tiene un completo control sobre la calidad del producto en el
periodo entre la producción y el uso por el cliente. Utilizando este
procedimiento de la presente invención, el fabricante de
polivinilareno se encuentra en posición de extraer por lo menos el
agente de inflado de los huecos vacíos. Si lo hace, no existirá
pérdida de agente de inflado durante el transporte y/o almacenaje de
las partículas pre-expandidas Ello asegura que el
cliente siempre obtendrá partículas pre-expandidas
con una estructura de celda consistente y con propiedades de
espumado consistentes.
Puesto que la preexpansión se ha llevado a cabo
de manera que la densidad aparente d_{0} va desde 600 hasta 200
kg/m^{3}, el volumen aumenta en comparación con el volumen de la
partícula original no expansionada desde aproximadamente 1,5 hasta
menos de 3 veces. Este aumento es tan pequeño que los costes de
transporte no llegan a sobrepasar las ventajas. Por otro lado, el
aumento de volumen asegura que los poros se encuentran presentes en
la partícula pre-expandida y que tienen un tamaño
tal que el cliente puede impregnar en las mismas una cantidad
razonable de gas inorgánico, con el fin de hacer que las partículas
sean suficientemente expansionables.
Las partículas de polivinilareno preexpansionado
de la presente invención tienen una densidad aparente d_{0} de
600-200 kg/m^{3}. Preferiblemente, la densidad
aparente d_{0} varia desde 530 hasta 250 kg/m^{3}, más
preferiblemente desde 500 hasta 300 kg/m^{3} y más preferiblemente
desde 450 hasta 350 kg/m^{3}.
Las partículas preexpandidas se pueden obtener
mediante pre-expansión de cualquier partícula de
polivinilareno no expandida que contenga una cantidad suficiente de
agente de inflado para conseguir las densidades aparentes tal como
se han definido. Las partículas de polivinilareno no expandidas se
pueden preparar mediante diferentes procedimientos, incluyendo la
polimerización en solución, polimerización en masa, polimerización
en suspensión o mezclas de estos procedimientos. El agente de
inflado se puede añadir después de la polimerización, tal como se
describe en la patente US nº 2681321. También es posible añadir el
agente de inflado durante la polimerización de los monómeros de
vinilareno o añadirlo a los monómeros antes de la polimerización.
Preferiblemente, el agente de inflado se añade durante la
polimerización de los monómeros de vinilareno, llevándose a cabo la
polimerización de manera ventajosa en suspensión. Las partículas de
polivinilareno no expandidas tienen de manera adecuada un tamaño de
partícula promedio de 0,2-3 mm.
Partículas adecuadas para el uso en la presente
invención son, p.e., las descritas en la patente US nº 3973884, que
describe partículas de un polímero con una densidad relativamente
alta. Estas partículas de polímero de alta densidad se obtienen
mediante pre-expansión de partículas de polímero no
expansionado que contienen de 5,8 a 7,0% en peso de pentano. A
partir de las patentes GB nº 1106143 y solicitud de PCT nº WO
98/01489 se sabe que el agua también se puede usar como agente de
inflado. Aparte de los hidrocarburos, p.e. hidrocarburos
C_{2}-C_{6} o hidrocarburos halogenados, o agua,
también se pueden usar otros agentes de inflado. Son ejemplos los
agentes de inflado inorgánicos (dióxido de carbono) o también
llamados agentes de inflado químico, es decir, compuestos que al
calentar desprenden componentes gaseosos. Estos compuestos
generalmente son sólidos y se usan, en particular, en las técnicas
de polimerización en masa. Ejemplos de agentes de inflado químicos
son compuestos del tipo del azodicarbonamida que liberan dióxido de
carbono o nitrógeno.
La patente US 3973884, mencionada en el apartado
anterior, describe específicamente que para la preparación de
partículas para aplicaciones de densidad más alta es posible usar
menos cantidad de pentano o de otro agente de inflado que el que se
usa en las partículas para aplicaciones de baja densidad. Sin
embargo, continúa diciendo que la diferencia es pequeña y que en las
partículas para aplicaciones de baja densidad el contenido en
pentano puede ser de 6 a 7,2% en peso, que es casi lo mismo que el
contenido de 5,8 a 7,0% en peso de pentano de las partículas para
aplicaciones de alta densidad.
Ahora se ha encontrado que cantidades más
pequeñas de agente de inflado hidrocarbonado también permiten una
reducción de densidad hasta un nivel de entre 600 y 200 kg/m^{3}.
Las partículas pre-expansionadas resultantes
presentan una ventaja extra en relación al medio ambiente y a la
seguridad durante el transporte y el almacenamiento. Por tanto, se
prefiere preparar las partículas pre-expandidas
según la invención usando un procedimiento en el que las partículas
de polivinilareno expansionable que contienen de 0,5 a 4% en peso de
un agente de inflado orgánico volátil, basado en polivinilareno, se
pre-expanden hasta una densidad aparente de 600 a
200 kg/m^{3}. Una partícula más preferida para el uso en la
presente invención es la partícula porosa tal como se describe en la
solicitud de patente en trámite del Solicitante nº 98203099.1. Esta
partícula contiene 2,0% en peso o menos de un agente de inflado
orgánico volátil, en base al peso de polivinilareno, de
preferiblemente menos del 1,5% en peso. Esta partícula se puede
obtener mediante, p.e., pre-expansión de una
partícula de polivinilareno no expansionado que se prepara por
polimerización en suspensión acuosa de los monómeros de vinilareno
en presencia de un agente nucleante y de 0,1 a 1% en peso de un
iniciador de radicales libres, en el que el agente de inflado
hidrocarbonado C_{2-6} se ha añadido antes,
durante o después de la polimerización y en el que la cantidad de
agente de inflado va de 0,5 a 4% en peso, en base a la cantidad de
vinilareno. Alternativamente, se pueden preparar mediante
pre-expansión de las partículas obtenidas por un
procedimiento tal como el que se describe en la solicitud de patente
en trámite del Solicitante nº 98203099.3. En el mismo, las
partículas de polímero de polivinilareno compacto se impregnan con
un gas que contiene N_{2} y/o O_{2} inorgánico a una temperatura
por debajo de 95ºC y a una presión medida de 100 a 2000 kPa, para
dar lugar a partículas de polivinilareno expansionable.
La pre-expansión de una partícula
de polivinilareno no expansionado a una partícula
pre-expansionada se puede llevar a cabo de cualquier
manera adecuada. Procedimientos bien conocidos y adecuados son el
uso de un baño de aceite caliente, radiación infrarroja, radiación
de microondas o vapor. El vapor se puede usar para temperaturas de
100 a 168ºC a presiones medidas de 0 a 600 kPa, dependiendo de la
presencia de aditivos y/o otros polímeros en la partícula de
polivinilareno. En el caso del poliestireno, se prefiere el uso de
vapor saturado a una temperatura de 100-125ºC a
presiones medidas de 0 a 230 kPa. Las partículas de polivinilareno
no expansionado también se pueden pre-expansionar
mediante su exposición a agua caliente. Este procedimiento es el
preferido. En esta realización, de manera adecuada el agua tiene una
temperatura desde 60 hasta 100ºC y la exposición tiene una duración
de 5 a 120 minutos. El procedimiento más preferido para
pre-expansionar las partículas de polivinilareno no
expansionado en la presente invención es el uso de aire caliente,
que tiene una temperatura desde 90 a 200ºC, preferiblemente de
95-160ºC y más preferiblemente de
100-140ºC. Preferiblemente la exposición tiene una
duración de hasta 3 horas.
Una partícula más preferida para el uso en la
presente invención es una partícula que se ha
pre-expansionado "in situ". Con este
fin, el estireno se polimeriza en masa en un extrusor en presencia
de un agente de inflado. Cuando el polímero caliente fundido sale
del extrusor, el agente de inflado se libera para efectuar la
pre-expansión a una densidad de
600-200 kg/m^{3}. Las tiras de polímero
ligeramente expandido se cortan a continuación para obtener las
partículas para el uso en la presente invención. En esta técnica, se
prefiere el uso de dióxido de carbono o de agentes de inflado
químico.
El monómero de vinilareno comprendido en el
polímero del presente procedimiento consiste principalmente y de
manera preferible en estireno. El polivinilareno puede contener
hasta un 10% molar de otro monómero que contenga un grupo vinilo,
tal como acrilonitrilo, ácido acrílico o metacrílico o ésteres de
los mismos, estireno substituido, tal como cloroestireno, o
\alpha-metil estireno, o divinilben ceno. Sin
embargo, preferiblemente el vinilareno en el polivinilareno consiste
en más del 99% molar de estireno. Más preferiblemente, el
polivinilareno es poliestireno.
La polimerización per se resulta bien
conocida en la técnica. Se puede iniciar térmicamente, a través de
polimerización con radicales libres o polimerización aniónica.
Aunque ambos procedimientos resultan igualmente posibles, se da
preferencia a la polimerización por radicales libres. Los
iniciadores de radicales libres adecuados se pueden seleccionar a
partir de iniciadores convencionales para la polimerización por
radicales libres. En particular incluyen compuestos de peróxido
orgánico, tales como peróxidos, peroxi carbonatos y perésteres.
Ejemplos típicos de estos compuestos de peróxido son los peróxidos
de acilo C_{6-20}, tales como peróxido de
decanoilo, peróxido de benzoilo, peróxido de octanoilo, peróxido de
estearilo, perésteres tales como per benzoato de
t-butilo, peracetato de t-butilo,
periso-butirato de t-butilo,
peroxi-(2-etilhexil)carbonato de
t-butilo, hidroperóxidos y dihidrocarbil peróxidos,
tales como aquellos que contienen grupos de hidrocarbil
C_{3-10}, incluyendo hidroperóxido de
di-isopropil benceno, peróxido de
di-t-butilo, peróxido de dicumilo o
combinaciones de los mismos. También son posibles otros iniciadores
diferentes de los compuestos de peróxido, p.e.,
\alpha,\alpha^{'}-azobis-isobutironitrilo.
La polimerización en suspensión se efectúa de
manera adecuada en presencia de estabilizadores de la suspensión. En
la técnica son bien conocidos los estabilizadores de suspensión
adecuados y comprenden poli(vinil alcohol), gelatina, agar,
polivinil pirrolidina, poli-acrilamida,
estabilizadores inorgánicos tales como alúmina, bentonita, silicato
o fosfatos de magnesio, como fosfato tricálcico y/o hidrógenofosfato
disódico, opcionalmente en combinación con cualquiera de los
compuestos estabilizantes anteriormente mencionados. La cantidad de
estabilizante puede variar adecuadamente desde 0,1 hasta 0,9% en
peso, en base al peso de la fase acuosa.
La polimerización en suspensión se lleva a cabo
de manera adecuada en dos etapas de temperatura, en las que la
temperatura en la primera etapa va desde 85 hasta 110ºC y en la
segunda etapa desde 115 hasta 140ºC.
Puede resultar ventajoso polimerizar los
monómeros de vinilareno en presencia de otros polímeros tales como
óxido de polifenileno o polímeros elastoméricos. En las patentes
EP-A-350137,
EP-A-403023 y
EP-A-391499 se han descrito óxidos
de polifenileno adecuados. Preferiblemente el óxido de polifenileno
se encuentra presente en una cantidad entre 1 y 30% en peso, en base
a la cantidad de los monómeros de vinilareno, y puede mejorar la
rigidez del polímero de polivinilareno. En la patente
EP-A-350137 también se han descrito
ejemplos de polímeros elastoméricos adecuados y comprenden
copolímeros (bloque) de monómero aromático substituido con vinilo y
un monómero dieno conjugado. Estos polímeros elastoméricos se
encuentran presentes preferiblemente en una cantidad de 0,5 a 10% en
peso, en base a la cantidad de monómeros de vinilareno, y pueden
mejorar la resistencia al impacto del polímero de
polivinilareno.
Las partículas de polivinilareno no expandidas
y/o pre-expandidas pueden contener diversos aditivos
convencionales. Dichos aditivos incluyen agentes de transferencia de
cadena, agentes de reticulación y agentes nucleantes. Ejemplos
adecuados de agentes de transferencia de cadena son alquil
mercaptanos C_{2-15} tales como
n-dodecil mercaptano, t-dodecil
mercaptano, t-butil mercaptano y
n-butil mercaptano. Otros agentes son pentafenil
etano y el dímero de \alpha-metil estireno.
Ejemplos de agentes de reticulación son butadieno y divinilbenceno.
Agentes de nucleación son agentes que promueven la formación de
celdas y se usan de manera adecuada en una cantidad desde 0,01 hasta
3% en peso, en base al vinilareno, preferiblemente en una cantidad
desde 0,05 hasta 2% en peso. Ejemplos de agentes de nucleación son
compuestos inorgánicos finamente dispersados, partículas de polímero
y sólidos orgánicos. Son ejemplos los compuestos carbonatos tales
como carbonato cálcico, compuestos sulfato tales como sulfato de
bario y sulfato de calcio, compuestos silicato tales como talco,
silicato de magnesio, partículas de sílice amorfo, zeolitas, tierra
de diatomeas, óxidos tales como óxido de magnesio y óxido de
titanio, mezclas de bicarbonato sódico con ácido cítrico, compuestos
que contienen bromo orgánico, compuestos naftaleno, hidrocarburos
aromáticos poli-cíclicos, carbón activo, carbón de
coque, carbón de leña, grafito y polvo de diamante, parafina y
derivados de ácidos grasos tales como estearatos y palmitatos.
Ejemplos de partículas de polímero adecuadas son cloruro de
polivinilo, polipropileno, polietileno, goma de estireno butadieno
acrilonitrilo, goma de butadieno estireno, copolímero de
estireno/anhídrido maleico y celulosa. Otros ejemplos incluyen
polímeros polares tal como se describe en, p.e., la patente WO
98/01501 que comprende almidón y almidón modificado mediante
esterificación o eterificación, emulsionantes tales como los que se
describen en, p.e., las patentes WO 98/01488 y WO 98/01489 que
comprenden bisalquil sulfosuccinatos, carboxilatos
C_{8}-C_{20} de sorbitol, y sulfonatos de
alquilxileno C_{8}-C_{20}. Como agente nucleante
resultan particularmente adecuadas las ceras de polietileno que
tienen un peso molecular promedio de 500 a 5000, que típicamente
están finamente divididas en la matriz del polímero en una cantidad
de 0,01-1,0% en peso, en base a la cantidad de
vinilareno, preferiblemente de 0,1 a 0,5% en peso.
Las partículas también pueden contener aditivos
antiestáticos, retardantes del fuego tales como
hexabromo-ciclododecano, colorantes, material de
relleno, estabilizantes, plastificantes tales como aceite blanco, y
lubricantes. De manera adecuada las partículas están recubiertas con
composiciones de recubrimiento que comprenden siliconas, silicatos,
carboxilatos de metal o glicerina. Los carboxilatos adecuados son
mono-, di- y tri-estearato de glicerina, estearato
de zinc, y mezclas de los mismos. En la patente GB nº 1409285 se han
descrito ejemplos de dichas composiciones. En lugar de estearato
también se puede usar citrato o palmitato. Las composiciones de
recubrimiento se aplican a las partículas mediante recubrimiento en
seco en una cinta mezcladora o con una dispersión o solución en un
líquido fácilmente evaporable.
Las partículas pre-expandidas se
impregnan con un gas inorgánico para proporcionar las partículas
impregnadas. Los poros en la partícula pre-expandida
son de un tamaño tal que en los poros de la partícula se puede
impregnar una cantidad razonable de gas inorgánico. Por gas
"inorgánico" se quiere indicar que los gases que impregnan
según la presente invención pueden contener como mucho 1% en
volumen, en base al volumen de gas, de compuestos orgánicos,
preferiblemente como mucho 0,5% en volumen. Más preferiblemente, los
gases según la presente invención no contienen compuestos orgánicos.
Un ejemplo de un gas inorgánico adecuado es el dióxido de carbono.
Sin embargo, esto interfiere con la matriz de polivinilareno. Al
igual que muchos agentes de inflado comerciales se disuelve en una
cierta proporción en la matriz del polímero. Esto significa que para
algunas aplicaciones deberá eliminarse con esfuerzo en vista de los
efectos negativos potenciales, p.e., en el campo de la seguridad,
salud o toxicología. El dióxido de carbono, siendo también un gas de
efecto invernadero bien conocido, resulta por tanto no preferido. Se
prefieren los gases inorgánicos que no tienen dicho efecto negativo
y que muestran menos interacción con la matriz del polímero.
Ejemplos de dichos gases son los gases que contienen N_{2} y/o
O_{2} inorgánico, helio, neón y argón. Más preferiblemente, el gas
inorgánico usado para la impregnación se selecciona entre los gases
que contienen N_{2} y/o O_{2} inorgánico. Estos gases contienen
de manera adecuada más del 90% en volumen, en base al volumen de
gas, de N_{2} y/o O_{2}, más adecuadamente más del 95% en
volumen. Más preferiblemente, el gas es nitrógeno o aire. Estos
gases no sólo interfieren escasamente con la matriz del polímero
sino que también son efectivos y baratos y no tienen impacto
negativo en el medio ambiente o en la salud.
La impregnación se lleva a cabo de manera que se
impregnan las partículas pre-expandidas con un gas
inorgánico, por exposición de las partículas al gas a temperaturas
que van de 0 a 95ºC. Los rangos de temperaturas preferidas van de 0
a 50ºC, más preferiblemente de 10 a 30ºC. Más preferiblemente, la
temperatura usada es la temperatura ambiente. De esta manera los
huecos de las partículas se llenan con el gas sin calentar el
polivinilareno y por tanto sin que se deforme. Dicha deformación
podría tener un efecto detrimental sobre la estructura y las
propiedades de los huecos y con ello tener un impacto negativo sobre
la expandibilidad de las partículas impregnadas resultantes. Además,
la temperatura baja asegura que las partículas se mantengan con un
flujo libre y no se enganchen las unas a las otras, lo que puede
tener lugar si la impregnación se lleva a cabo a temperaturas más
altas.
La impregnación es tal que se consigue una
presión medida de 200 a 1500 kPa en los poros de las partículas
porosas. Las presiones preferidas en los poros se encuentran entre
200 y 1000 kPa, más preferiblemente entre 300 y 800 kPa. Presiones
inferiores a 100 kPa significa que los poros simplemente están
llenos de gas, p.e., nitrógeno o aire, aproximadamente a presión
atmosférica. Dicho reemplazo daría lugar a una expansión
insuficiente, en caso de existir alguna. Presiones superiores a 1500
kPa son posibles, pero no son deseables por razones económicas y de
seguridad. La presión externa aplicada, necesaria para establecer la
presión deseada en los poros, va preferiblemente de 100 a 2000 kPa.
Aunque es posible utilizar presiones exteriores mayores, ello
requeriría recipientes a presión mejor equipados y haría más difícil
el muestreo. Preferiblemente, la presión externa máxima empleada es
1500 kPa. De manera adecuada, la presión externa aplicada es la
misma presión que la deseada en los poros de la partícula
porosa.
Después de la impregnación, las partículas
impregnadas se pueden llevar a una unidad de expansión convencional
y efectuar una expansión adicional hasta por lo menos 3 veces el
volumen de la partícula pre-expandida. No hay
necesidad de tomar ninguna precaución específica en el traslado de
las partículas hasta la unidad de expansión. Sin embargo, puede
resultar útil hacerlo a través de una conducción a presión.
En la unidad de expansión, las partículas
impregnadas se expanden hasta una densidad aparente que es por lo
menos 3 veces inferior a la densidad aparente inicial.
Preferiblemente, las partículas impregnadas se expanden hasta una
densidad aparente de por lo menos 5 veces inferior a d_{0}. Aunque
la expansión se puede llevar a cabo hasta cualquier densidad
aparente, resulta práctico efectuar la expansión hasta una densidad
aparente que sea hasta 20 veces, más preferiblemente hasta 40 veces
inferior a d_{0}. Puede resultar ventajoso efectuar el
procedimiento de expansión en etapas. Además, las partículas de
polivinilareno expandidas obtenidas después de la expansión se
impregnan de nuevo ("re-impregnan") de manera
ventajosa con un gas inorgánico y las partículas así reimpregnadas
se expanden de nuevo. El procedimiento de reimpregnación se puede
repetir hasta un determinado número de veces. Sin embargo, los
expertos en la técnica lo repetirán hasta un balance, por un lado,
entre la duración de la impregnación con el fin de maximizar la
cantidad de gas impregnado y, por otro lado, un bajo número de
repeticiones de la secuencia de impregnación y expansión. De manera
adecuada, ello conduce a un procedimiento en el que las etapas de
impregnación y de expansión se repiten entre 1 y 4 veces.
Tal como se ha indicado, la expansión se puede
efectuar en cualquier unidad de expansión convencional. Los
procedimientos adecuados son los mismos que los bien conocidos, tal
como se ha descrito para la pre-expansión. Resulta
preferido el uso de vapor como procedimiento de expansión.
Tal como se ha indicado en la descripción
anterior, las partículas expandidas se colocan de manera adecuada en
un molde y se calientan de manera que las partículas expansionadas
se funden entre sí para producir artículos moldeados de espuma. Por
tanto, la invención también proporciona un procedimiento para la
preparación de un artículo de espuma en el que las partículas de
polivinilareno expandidas, obtenidas mediante un procedimiento según
esta invención, se calientan en un molde hasta que las partículas de
polivinilareno reblandecen y se pegan entre sí, y el molde caliente
así obtenido se enfría para dar lugar al artículo de espuma. El
calentamiento en el molde es convencional y típicamente va desde 110
hasta 125ºC.
La invención se ilustra mediante el(los)
siguiente(s) ejemplo(s)
Todas las densidades aparentes se miden según el
siguiente procedimiento:
Un vaso cilíndrico de 1000 cm^{3} +/-2 cm^{3}
de capacidad, que tiene un diámetro interno de 66 mm y una altura de
293 mm, se pesa con una aproximación de 0,1 g (presión atmosférica,
temperatura ambiente). A continuación, el vaso se llena con
partículas de polivinilareno. Un rascador metálico perfectamente
plano se usa tres veces contra el lado del vaso y se elimina así el
exceso de material de la parte superior del vaso, sin agitar el
vaso. Se pesa el material del mismo hasta una aproximación de 0,1 g
y se calcula el peso de las partículas de polivinilareno en gramos
que hay en 1 cm^{3} y se convierte a kg/m^{3}.
El contenido en pentano se mide mediante
cromatografía de gases usando n-hexano como standard
interno.
Ejemplos
1-2
Se preparan partículas de poliestireno mediante
un procedimiento de polimerización en suspensión. Para ello, se
mezclan, con una velocidad de agitación de 475 rpm, 4000 gramos de
agua desmineralizada (4 litros), 3680 gramos de estireno (4 litros),
estabilizadores de suspensión convencionales, 0,25% en peso en base
al peso de estireno, de una cera de polietileno y 0,25% en peso de
aceite blanco. La polimerización se inicia subiendo la temperatura
hasta 86ºC y por adición de iniciadores de peróxido (0,65% en peso).
Además, se añade 0,05% en peso de dímero de
\alpha-metilestireno. Después de unas 6 horas, se
añade 81 gramos de pentano (mezcla del 75% en peso de
n-pentano y 25% en peso de
iso-pentano) y se aumenta la temperatura hasta
aproximadamente 120ºC y se mantiene así durante 2 horas. Una vez
finalizada la polimerización, la mezcla de reacción se enfría.
Las partículas de poliestireno resultante
contienen 2,1% en peso de pentano, en base al peso de poliestireno,
y tienen un tamaño de partícula en el rango de
0,4-0,7 mm.
Las partículas de poliestireno se
pre-expanden colocándolas en un baño de agua a 100ºC
durante un periodo de 15 minutos, o colocándolas en un
pre-expansionador de baño de vapor KURTZ KV450
usando una presión de vapor medida de 80 kPa y a una temperatura de
117ºC durante un periodo de 30 segundos (KURTZ es una marca
registrada). Se mide la densidad aparente d_{0} de las partículas
pre-expandidas resultantes.
A continuación, las partículas
pre-expandidas se impregnan con gas nitrógeno
almacenándolas en un recipiente a presión bajo una presión de 600
kPa de gas nitrógeno a temperatura ambiente. Al cabo de tres horas
se libera la presión y se sacan las partículas
pre-expandidas impregnadas. En una media hora se
colocan en un pre-expansionador de baño de vapor
KURTZ KV450, en el que las partículas se dejan expander
adicionalmente bajo una presión de, respectivamente, 80 y 60 kPa y a
una temperatura de, respectivamente, 117ºC y 114ºC durante 30
segundos. A partir de las partículas así obtenidas se mide la
densidad aparente d. Además, se calcula la relación d_{0}/d.
Los resultados se indican en la Tabla 1.
Ejemplos
3-4
Se repite el procedimiento de los ejemplos
1-2, con la excepción de que las partículas de
poliestireno se pre-expanden colocándolas en un
pre-expansionador de baño de vapor KURTZ KV450 bajo
una presión de 80 kPa y a una temperatura de 117ºC durante un
periodo de, respectivamente, 15 y 45 segundos, y que las partículas
pre-expandidas resultantes se impregnan con aire en
lugar de nitrógeno.
Los resultados se indican en la Tabla 1.
Se repite el procedimiento de los ejemplos
1-2, con la excepción de que las partículas de
poliestireno se pre-expanden sometiéndolas a aire
caliente a 110ºC durante 50 minutos y las partículas
pre-expandidas resultantes se impregnan con aire en
lugar de nitrógeno. Las partículas se expanden adicionalmente usando
un pre-expansionador de baño de vapor POLYTECH, bajo
una presión de vapor de 90 kPa y a una temperatura de 118,5ºC
durante 35 segundos (POLYTECH es una marca registrada). Los
resultados se indican en la Tabla 1.
| Ejemplo | Pre-expansión | Expansión bajo presión de | Impregnación | d (kg/m^{3}) | d_{0}/d |
| vapor medida de 80 kPa | |||||
| 1 | Baño de agua, 100ºC, 15 min | 500 | N_{2} | 50^{1} | 10,0 |
| 2 | Pre-expansionador, Presión 80 | 407 | N_{2} | 56^{2} | 7,2 |
| kPa, vapor durante 30 seg. | |||||
| 3 | Pre-expansionador, Presión 80 | 536 | aire | 54^{1} | 9,9 |
| kPa, vapor durante 15 seg. | |||||
| 4 | Pre-expansionador, Presión 80 | 256 | aire | 26^{2} | 9,7 |
| kPa, vapor durante 45 seg. | |||||
| 5 | Aire caliente, 110ºC durante | 436 | aire | 45^{3} | 9,7 |
| 50 min. | |||||
| ^{1} expansión bajo presión de vapor medida de 80 kPa | |||||
| ^{2} expansión bajo presión de vapor medida de 60 kPa | |||||
| ^{3} expansión bajo presión de vapor medida de 90 kPa |
Experimentos Comparativos
5-6
Se repite el procedimiento de los ejemplos 2 y 4
con la excepción de que las partículas de poliestireno
pre-expandidas no se impregnan con,
respectivamente, gas o aire.
Los resultados se indican en la Tabla II
En ambos casos se observa una expansión
significativamente menor que para los Ejemplos 2 y 4.
| Experimento | d_{0}(kg/m^{3}) | d | d_{0}/d |
| 5 | 407 | 137^{1} | 3,0 |
| 6 | 256 | 63^{1} | 4,1 |
| ^{1} expansión bajo presión de vapor medida de 60 kPa |
Claims (9)
1. Procedimiento para la preparación de
partículas porosas expansionadas de polivinilareno, que comprende
las etapas de:
a) preexpansión de partículas no expansionadas de
polivinilareno, que contienen un agente de inflado, hasta una
densidad aparente d_{0} comprendida entre 600 y 200 kg/m^{3}
para formar poros en las citadas partículas, en las que el aumento
de volumen del polivinilareno preexpansionado en comparación con el
volumen de las partículas no expansionadas de polivinilareno va
desde aproximadamente 1,5 hasta menos de 3 veces;
b) impregnación de un gas inorgánico en los
citados poros de dichas partículas preexpansionadas a una
temperatura comprendida entre 0 y 95ºC, de manera que la presión
interior de los poros de las citadas partículas preexpansionadas
está comprendida entre 200 y 1500 kPa; y
c) expansión de las citadas partículas de la
etapa b) para formar dichas partículas expandidas de polivinilareno
hasta una densidad aparente de por lo menos tres veces inferior a
d_{0}.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que las partículas de polivinilareno son partículas de
poliestireno.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
en el que la densidad aparente d_{0} va desde 530 hasta 250
kg/m^{3}.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que el gas inorgánico se selecciona entre gases que contienen
N_{2} y/o O_{2}.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el
que el gas inorgánico es nitrógeno o aire.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que las partículas impregnadas se
expanden hasta una densidad aparente de por lo menos 5 veces
inferior a d_{0}.
7. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que las partículas impregnadas se
expanden hasta una densidad aparente de hasta 40 veces inferior a
d_{0}.
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que las partículas impregnadas se
expanden por exposición a vapor, a temperaturas de 100 a 168ºC, y a
presiones que van desde 0 hasta 600 kPa.
9. Procedimiento para la preparación de un
artículo de espuma en el que las partículas expandidas de
polivinilareno obtenidas mediante un procedimiento según una
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 se calientan en un molde
hasta que las partículas de polivinilareno se reblandecen y se
juntan, y el molde calentado así obtenido se enfría para dar lugar
al artículo de espuma.
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