ES2276529T3

ES2276529T3 - Procedimiento para preparar espuma de estireno.

Info

Publication number: ES2276529T3
Application number: ES99942158T
Authority: ES
Inventors: Larry Miller; Raymond Breindel; Mitchell Weekley
Original assignee: Owens Corning; Owens Corning Fiberglas Corp
Current assignee: Owens Corning
Priority date: 1998-09-16
Filing date: 1999-08-12
Publication date: 2007-06-16
Anticipated expiration: 2019-08-12
Also published as: US6093352A; KR100626135B1; CA2344365C; KR20010075179A; AU5559899A; DK1114083T3; EP1114083B1; DE69933936D1; EP1114083A1; DE69933936T2; ATE344822T1; CA2344365A1; WO2000015699A1

Abstract

Un procedimiento para preparar un producto de espuma que comprende las etapas: (A) mezclar una mezcla que se puede hacer espuma de (1) un polímero aromático de alquenilo y (2) un agente expansivo que comprende una cantidad importante de dióxido de carbono bajo una presión suficiente para evitar el preespumado de la mezcla; (B) calentar hasta una primera temperatura Tg para formar una mezcla que se puede hacer espuma plastificada; (C) enfriar dicha mezcla que se puede hacer espuma hasta una temperatura de espumado, y (D) extruir dicha mezcla en un región de presión reducida para formar dicho producto espumado, caracterizado porque la diferencia entre Tg y la temperatura de espumado está entre 0ºC y 62ºC.

Description

Procedimiento para preparar espuma de estireno.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a procedimientos para preparar productos de espuma extruídos y más particularmente a un procedimiento para producir tales productos usando polímeros aromáticos de alquenilos con temperaturas de transición vítrea y de espumado definidas.

Antecedentes de la invención

Las espumas resinosas sintéticas extruídas son materiales útiles para muchas aplicaciones que incluyen el aislamiento térmico, objetivos decorativos, embalaje y similares. El aislamiento térmico es una aplicación particularmente importante para las espumas de polímeros de estireno. En esta aplicación, es deseable mantener el valor de aislamiento de la espuma el tiempo que sea posible. También es deseable que la espuma tenga estabilidad dimensional. Las características deseables se pueden conseguir, en parte,

\hbox{proporcionando espumas que tengan  un tamaño
alveolar uniforme.}

El procedimiento general utilizado en la preparación de cuerpos de espumas resinosas sintéticas extruídas generalmente requiere los siguientes pasos. Una resina, tal como una resina de poliestireno, se plastifica con calor y se incorpora uno o más agentes expansivos fluidos y se mezcla totalmente dentro de la resina plastificada bajo condiciones que permitan la mezcla completa del agente expansivo en la resina plastificada y eviten el espumado de la mezcla. La mezcla de resina, agente expansivo y aditivos opcionales se enfría, y se reduce la presión en la mezcla causando el espumado de la mezcla y la formación del cuerpo de espuma deseado. En otras palabras, los cuerpos de espuma se obtienen extruyendo la mezcla plastificada enfriada de resina, agente expansivo y aditivos opcionales en un región de baja presión.

No obstante queda la necesidad de productos espumosos que tengan valores de aislamiento mejorados, estabilidad dimensional mejorada y tamaño alveolar más uniforme.

Resumen de la invención

La presente invención se refiere a espumas poliméricas que son las denominadas "espumas extruídas". Las espumas extruídas tienen un tamaño alveolar medio relativamente pequeño y bastante uniforme y son por lo tanto útiles para el aislamiento térmico. Las espumas extruídas también tienen una densidad relativamente baja y por tanto son particularmente más útiles para el aislamiento térmico. Otro aspecto de las espumas extruídas es que poseen un alto nivel de estabilidad dimensional. Las propiedades mejoradas de la espuma de acuerdo con la invención son atribuibles, en parte, al control y establecimiento de ciertos parámetros de procesado. Finalmente, aunque las espumas extruídas se pueden hacer con agentes expansivos tales como CFC, HCFC, HFC y CFC suaves, las espumas extruídas se pueden hacer sin agentes expansivos que contengan halógeno.

La presente invención se relaciona con un procedimiento para preparar un producto de espuma que comprende los pasos:

(A): mezclar una mezcla que se puede hacer espuma de (1) un polímero aromático de alquenilo y (2) un agente expansivo que comprende una cantidad importante de dióxido de carbono bajo una presión suficiente para evitar el preespumado de la mezcla;

(B): calentar hasta una primera temperatura Tg para formar una mezcla que se puede hacer espuma plastificada;

(C): enfriar dicha mezcla que se puede hacer espuma hasta una temperatura de espumado, y

(D): extruir dicha mezcla en un región de presión reducida para formar dicho producto espumado, caracterizado porque la diferencia entre Tg y la temperatura de espumado está entre 0ºC y 62ºC.

Descripción de formas de realización preferidas

Las mezclas que se pueden hacer espuma que se extruyen y espuman de acuerdo con el procedimiento inventivo contienen un polímero aromático de alquenilo y un agente expansivo. Las mezclas que se pueden hacer espuma pueden contener otros aditivos opcionales. En una forma de realización, el polímero aromático de alquenilo es un copolímero de estireno y al menos un estireno meta-sustituido o estireno para-sustituido o bien una mezcla de un polímero estirénico que tiene un alto índice de fusión y un polímero estirénico que tiene un bajo índice de fusión. Cada uno de los polímeros estirénicos puede ser un polímero de estireno o un copolímero de estireno y al menos un monómero copolimerizable. El polímero aromático de

\hbox{alquenilo se
puede copolimerizar  con otros monómeros adicionales.}

Las mezclas que se pueden hacer espuma que se extruyen y espuman de acuerdo con el procedimiento de la presente invención contienen un polímero aromático de alquenilo. En una forma de realización, el polímero aromático de alquenilo es cualquier polímero que contenga monómeros de al menos uno de entre estireno y estirenos sustituidos.

En otra forma de realización, el polímero aromático de alquenilo contiene al menos el 50% de un monómero de estireno (% de número de monómeros del número total de monómeros en el copolímero). Un monómero de estireno es un compuesto aromático con un grupo alquenilo caracterizado por la Fórmula (I):

(I)Ar-CH=CH_{2}

en la que Ar representa un grupo de hidrocarburo aromático de la serie del benceno. En una forma de realización, el polímero aromático de alquenilo contiene del 0% al 95% (% de número de monómeros del número total de monómeros en el copolímero) de un monómero de estireno. En otra forma de realización, el polímero aromático de alquenilo contiene del 20% al 90% de un monómero de estireno. Aún en otra forma de realización, el polímero aromático de alquenilo contiene del 30% al 85% de un monómero de estireno.

En otra forma de realización, las mezclas que se pueden hacer espuma que se extruyen y espuman de acuerdo con el procedimiento de la presente invención contienen un polímero aromático de alquenilo que contiene monómeros de al menos un estireno meta-sustituido o estireno para-sustituido. El monómero de estireno meta-sustituido o estireno para-sustituido es un compuesto aromático de Fórmula (II), pudiendo cualquiera estar representado por la fórmula siguiente:

1

en la que R^{1}, R^{3}, R^{4}, R^{5} y R^{6} son cada uno independientemente hidrógeno, cloro, bromo o grupos alquilo que contienen de 1 a 8 átomos de carbono, pero al menos uno de entre R^{4}, R^{5} y R^{6} es un grupo alquilo que contiene de 1 a 8 átomos de carbono, y R^{2} es hidrógeno o metilo, con la condición de que la cantidad total de átomos de carbono en el monómero no exceda de 20. En una forma de realización preferida, al menos uno de entre R^{4}, R^{5} y R^{6} es un grupo alquilo que contiene de 1 a 4 átomos de carbono, tal como un grupo metilo, grupo etilo, grupo propilo, grupo isopropilo o grupo butilo. En una forma de realización aún más preferida, sólo uno de entre R^{4}, R^{5} y R^{6} es un grupo alquilo que contiene de 1 a 4 átomos de carbono y los otros dos de entre R^{4}, R^{5} y R^{6} son hidrógeno.

En una forma de realización, el polímero aromático de alquenilo contiene del 0% al 100% de un monómero de estireno meta-sustituido o de estireno para-sustituido. En otra forma de realización, el polímero aromático de alquenilo contiene del 10% al 95% de un monómero de estireno meta-sustituido o de estireno para-sustituido. Aún en otra forma de realización, el polímero aromático de alquenilo contiene del 20% al 80% de un monómero de estireno meta-sustituido o de estireno para-sustituido.

Los ejemplos de tales monómeros de estireno meta-sustituido o de estireno para-sustituido incluyen 3-metilestireno, 4-metilestireno, 2,4-dimetilestireno, 2,5-dimetilestireno, 4-cloroestireno, 3-cloroestireno, 4-clorometil estireno, 3-clorometil estireno, 4-bromoestireno, 3-bromoestireno, etc.

El polímero aromático de alquenilo puede ser un homopolímero o un copolímero de cualquiera de los monómeros de estireno y cualquiera de los monómeros de estireno meta-sustituido o de estireno para-sustituido descritos anteriormente. Los copolímeros aromáticos de alquenilo pueden contener monómeros o copolímeros adicionales. El polímero aromático de alquenilo puede ser una mezcla de cualquiera de los homopolímeros y/o copolímeros y/u otros polímeros adicionales cualesquiera.

El polímero aromático de alquenilo y los monómeros del mismo están disponibles comercialmente en una variedad de pesos moleculares. Los pesos moleculares de tales polímeros se pueden determinar mediante diversos procedimientos bien conocidos por los expertos en la técnica, tales como viscosidad intrínseca, dispersión de luz, y sedimentación por ultracentrífuga. Los polímeros aromáticos de alquenilo útiles en las mezclas que se pueden hacer espuma generalmente tienen pesos moleculares medios de 30.000 a 500.000. En otra forma de realización, los polímeros aromáticos de alquenilo tienen pesos moleculares medios de 100.000 a 450.000. Aún en otra forma de realización, los polímeros aromáticos de alquenilo tienen pesos moleculares medios de 150.000 a 400.000.

El caudal de un polímero fundido a través de un orificio, a veces descrito como índice de flujo de fusión (MFI) o índice de fusión, se puede usar para comparar relaciones de pesos moleculares o se puede usar como un parámetro característico en sí mismo. El MFI es una técnica de bajo coste y que se realiza fácilmente. Se pueden encontrar detalles en una cantidad de publicaciones, tales como Principles of Polymer Chemistry, de P.J. Flory, Cornell University Press, Ithaca, Nueva York, 1953. En una forma de realización, los copolímeros aromáticos de alquenilo tienen un índice de flujo de fusión de 2 a 13. En otra forma de realización, los polímeros aromáticos de alquenilo tienen un índice de flujo de fusión de 3 a 12. Aún en otra forma de realización, los copolímeros aromáticos de alquenilo tienen un índice de flujo de fusión de 4 a 10. Y todavía en otra forma de realización, los copolímeros aromáticos de alquenilo tienen un índice de flujo de fusión de 4 a 8. El MFI se puede determinar, por ejemplo, de acuerdo con la norma ISO 1133:1997 E (3ª Edición).

En una forma de realización, el o los monómeros adicionales contienen preferiblemente al menos un grupo etilénicamente insaturado que se copolimeriza con el polímero aromático de alquenilo. Los ejemplos incluyen uno o más monómeros de acrilonitrilo, éteres de fenileno, cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno, olefinas tales como etileno, propileno y copolímeros de los mismos, butadieno, anhídrido maleico, anhídrido citracónico, anhídrido itacónico, acetato de vinilo, tolueno de vinilo y acrilatos tales como metacrilato, metacrilato de metilo, acrilato de etilo, etc. Se pueden preparar y espumar mezclas de tales resinas de acuerdo con el procedimiento de la invención. En una forma de realización, la cantidad de monómero copolimerizable en los polímeros aromáticos de alquenilo está entre el 0,1% y el 10%, y preferiblemente entre el 1% y el 5%.

En otra forma de realización, las mezclas que se extruyen y espuman de acuerdo con el procedimiento inventivo contienen dos polímeros estirénicos distintos. Un polímero estirénico tiene un índice de fusión alto y es un polímero de estireno o un copolímero de estireno y al menos un monómero copolimerizable. El otro polímero estirénico tiene un índice de fusión bajo y es un polímero de estireno o un copolímero de estireno y al menos un monómero copolimerizable. Cualquiera o ambos polímeros estirénicos pueden además copolimerizarse con otros monómeros. Un monómero copolimerizable es cualquier monómero que se pueda copolimerizar con monómeros de estireno para formar un copolímero de estireno. Hablando en términos generales, el monómero copolimerizable es un monómero que contiene un grupo etilénicamente insaturado.

En una forma de realización preferida, el monómero copolimerizable que contiene un grupo etilénicamente insaturado es un compuesto aromático de Fórmula (III), pudiendo cualquiera estar representado por la fórmula siguiente:

2

en la que R^{7}, R^{9}, R^{10},R^{11} y R^{12} son cada uno independientemente hidrógeno, cloro, bromo o grupos alquilo que contienen de 1 a 8 átomos de carbono, y R^{8} es hidrógeno o metilo, con la condición de que la cantidad total de átomos de carbono en el monómero no exceda de 20. En una forma de realización preferida, al menos uno de entre R^{10}, R^{11} y R^{12} es un grupo alquilo que contiene de 1 a 8 átomos de carbono. En otra forma de realización, al menos uno de entre R^{10}, R^{11} y R^{12} es un grupo alquilo que contiene de 1 a 4 átomos de carbono, tal como un grupo metilo, grupo etilo, grupo propilo, grupo isopropilo o grupo butilo. En una forma de realización preferida, sólo uno de entre R^{10}, R^{11} y R^{12} es un grupo alquilo que contiene de 1 a 4 átomos de carbono y los otros dos de entre R^{10}, R^{11} y R^{12} son hidrógeno.

Los Ejemplos de monómeros copolimerizables de acuerdo con la Fórmula (III) incluyen 3-metilestireno, 4-metilestireno, 2,4-dimetilestireno, 2,5-dimetilestireno, 4-cloroestireno, 3-cloroestireno, 4-clorometilestireno, 3-clorometilestireno, 4-bromoestireno, 3-bromoestireno, alfa-metilestireno, alfa-2-dimetilestireno, etc. En una forma de realización, el monómero copolimerizable es un estireno meta-sustituido o estireno para-sustituido. En otra forma de realización, el monómero copolimerizable es un estireno sustituido con el grupo meta-alquilo o estireno sustituido con el grupo para-alquilo, en el que el grupo alquilo contiene de uno a aproximadamente 4 átomos de carbono.

En otra forma de realización, el monómero copolimerizable que contiene un grupo etilénicamente insaturado es uno o más monómeros de acrilonitrilo, éteres de fenileno, cloruro de vinilo, cloruro de vinilideno, olefinas tales como etileno, propileno y copolímeros de los mismos, butadieno, anhídrido maleico, anhídrido citracónico, anhídrido itacónico, acetato de vinilo, tolueno de vinilo y acrilatos tales como

\hbox{metacrilato,
metacrilato  de metilo, acrilato de etilo, etc.}

En esta forma de realización, el polímero aromático de alquenilo de la mezcla que se puede hacer espuma contiene una cantidad importante de un polímero estirénico que tiene un índice de fusión alto y una cantidad inferior de un polímero estirénico que tiene un índice de fusión bajo. Una cantidad importante quiere decir que las mezclas que se pueden hacer espuma contienen al menos el 50% en peso de un polímero estirénico que tiene un índice de fusión alto. Una cantidad inferior quiere decir que las mezclas que se pueden hacer espuma contienen menos del 50% en peso de un polímero estirénico que tiene un índice de fusión bajo. En una forma de realización, las mezclas que se pueden hacer espuma contienen del 50 al 75% en peso de un polímero estirénico que tiene un índice de fusión alto y del 10 al 40% de un polímero estirénico que tiene un índice de fusión bajo. En otra forma de realización, las mezclas que se pueden hacer espuma contienen del 55 al 70% en peso de un polímero estirénico que tiene un índice de fusión alto y del 15 al 35% de un polímero estirénico que tiene un índice de fusión bajo. En una forma de realización, la relación en peso de un polímero estirénico que tiene un índice de fusión alto respecto a un polímero estirénico que tiene un índice de fusión bajo es de 95:5 a 55:45 (en peso). En otra forma de realización, la relación en peso de un polímero estirénico que tiene un índice de fusión alto respecto a un polímero estirénico que tiene un índice de fusión bajo es de 80:20 a 60:40.

En una forma de realización, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión alto tienen un índice de fusión de 1,0 a 35. En otra forma de realización, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión alto tienen un índice de fusión de 15 a 30. En una forma de realización preferida, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión alto tienen un índice de fusión de 17,5 a 25. En una forma de realización, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión bajo tienen un índice de fusión de 0,5 a 5. En otra forma de realización, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión bajo tienen un índice de fusión de 0,75 a 4. En una forma de realización preferida, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión bajo tienen un índice de fusión de 1 a 3.

Los dos polímeros estirénicos generalmente tienen distintos pesos moleculares. En una forma de realización, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión bajo tienen pesos moleculares medios de 175.000 a 500.000. En otra forma de realización, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión bajo tienen pesos moleculares medios de 200.000 a 450.000. Aún en otra forma de realización, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión bajo tienen pesos moleculares medios de 225.000 a 400.000. En una forma de realización, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión alto tienen pesos moleculares medios de 30.000 a 150.000. En otra forma de realización, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión alto tienen pesos moleculares medios de 40.000 a 125.000. Aún en otra forma de realización, los polímeros estirénicos que tienen un índice de fusión alto tienen pesos moleculares medios de 50.000 a 100.000.

En una forma de realización, el polímero estirénico que tiene un índice de fusión bajo contiene monómeros de estireno y del 10% al 99% de monómeros de un estireno meta-sustituido o un estireno para-sustituido. En una forma de realización preferida, el polímero estirénico que tiene un índice de fusión bajo contiene monómeros de estireno y del 15% al 80% de monómeros de un estireno meta-sustituido o un estireno para-sustituido. En una forma de realización más preferida, el polímero estirénico que tiene un índice de fusión bajo contiene monómeros de estireno y del 20% al 60% de monómeros de un estireno meta-sustituido o un estireno para-sustituido.

En otra forma de realización, el polímero estirénico que tiene un índice de fusión alto contiene del 55% al 95% de monómeros de estireno. En una forma de realización preferida, el polímero estirénico que tiene un índice de fusión alto contiene del 65% al 90% de monómeros de estireno. En una forma de realización preferida, el polímero estirénico que tiene un índice de fusión alto contiene del 70% al 85% de monómeros de estireno.

En una forma de realización, el índice de fusión de los polímeros estirénicos y las propiedades de los productos extruídos expandidos espumados obtenidos mediante el procedimiento de la presente invención se pueden controlar y modificar mediante la selección del peso molecular de las resinas. Por ejemplo, la preparación de cuerpos de poliestireno de espuma de mayor densidad se facilita disminuyendo el índice de fusión de un polímero estirénico usando resinas de pesos moleculares mayores, mientras que la preparación de cuerpos de poliestireno de espuma de menor densidad se facilita aumentando el índice de fusión de un polímero estirénico usando resinas de pesos moleculares menores o resinas de viscosidad más alta.

Aún en otra forma de realización, el índice de fusión de los polímeros estirénicos y las propiedades de los productos extruídos expandidos espumados obtenidos mediante el procedimiento de la presente invención se pueden controlar y modificar mediante la cantidad relativa de monómeros adicionales opcionales usados. A este respecto, los polímeros estirénicos pueden además contener uno o más monómeros. En una forma de realización preferida, los polímeros estirénicos contienen además uno o más monómeros con la condición de que el polímero tenga un índice de fusión de flujo deseable (tal como el de aquellos descritos anteriormente).

Los polímeros aromáticos de alquenilo útiles y monómeros de los mismos están disponibles comercialmente a partir de una variedad de fuentes y las resinas están disponibles con distintas propiedades tales como índice de fusión de flujo, peso molecular y otras. Por ejemplo, varios materiales están disponibles a partir de ARCO Chemical Company bajo la designación general de "DYLENE", por ejemplo DYLENE D-8; de Polysar Ltd., Samia, Ontario; de Chevron Chemical Co., por ejemplo EB-3100; y de Deltech Corp., de Whippany, Nueva Jersey.

En una forma de realización, la cantidad del agente expansivo añadido a la mezcla que se puede hacer espuma es del 1% al 16% en peso en base al peso del polímero aromático de alquenilo. En otra forma de realización, la cantidad del agente expansivo añadido a la mezcla que se puede hacer espuma es del 2% al 15% en peso en base al peso del polímero aromático de alquenilo. Aún en otra forma de realización, la cantidad del agente expansivo añadido a la mezcla que se puede hacer espuma es del 3% al 10% en peso en base al peso del polímero aromático de alquenilo. En una forma de realización preferida, la cantidad del agente expansivo añadido a la mezcla que se puede hacer espuma es del 4% al 8% en peso en base al peso del polímero aromático de alquenilo. Se pueden utilizar variaciones en la cantidad del agente expansivo incorporado a la mezcla que se puede hacer espuma, dependiendo en parte de los componentes de las mezclas de agente expansivo, para preparar cuerpos de espuma extruídos que tengan características deseables distintas.

En una forma de realización, el agente expansivo contiene una cantidad importante de dióxido de carbono. Una cantidad importante de dióxido de carbono quiere decir que el agente expansivo contiene más del 50% en peso de dióxido de carbono. En una forma de realización, el agente expansivo contiene más del 60% de dióxido de carbono, y particularmente del 65% al 100% de dióxido de carbono. En otra forma de realización, el agente expansivo contiene del 70% al 90% de dióxido de carbono. Aún en otra forma de realización, el agente expansivo puede ser el 100% de dióxido de carbono.

El agente expansivo puede ser una mezcla de dióxido de carbono y al menos un alcohol inferior. Un alcohol inferior es un alcohol de alquilo que contiene de 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono. Los alcoholes inferiores incluyen metanol, etanol, propanol, isopropanol y butanol. Las mezclas anteriores de dióxido de carbono y agente expansivo se pueden usar también con agentes expansivos adicionales, optativos y suplementarios, más notablemente aire, nitrógeno y agua como se describe anteriormente.

Las mezclas de agentes expansivos particularmente útiles incluyen mezclas que comprenden: 51-90% de dióxido de carbono y 10-49% de etanol; 60-80% de dióxido de carbono y 20-40% de etanol; 51-90% de dióxido de carbono y 10-49% de metanol; 60-80% de dióxido de carbono y 20-40% de metanol; 51-90% de dióxido de carbono y 10-49% de agua; 60-80% de dióxido de carbono y 20-40% de agua. El uso opcional de un alcohol inferior en combinación con dióxido de carbono proporciona cuerpos de espuma extruídos expandidos que tienen tamaños alveolares mayores (del 1% al 25% mayor en tamaño) cuando se comparan con productos de densidad similar o cuerpos producidos con dióxido de carbono sin un alcohol inferior. Además, las mezclas de agente expansivo que incluyen dióxido de carbono pueden contribuir a que los productos de espuma extruídos expandidos tengan fuerzas compresoras mejoradas a densidades comparables. Los productos de espuma extruídos expandidos de características aceptables se obtienen utilizando los anteriores agentes expansivos y mezclas de agente expansivo, y no hay necesidad de usar agentes expansivos halocarbonados.

En una forma de realización, el agente expansivo es uno o más agentes expansivos de halógeno. En otra forma de realización, el agente expansivo es una mezcla de uno o más agentes expansivos de halógeno y uno o más de entre dióxido de carbono, alcoholes inferiores, aire, nitrógeno y agua. Los agentes expansivos incluyen halocarburos tales como clorofluorocarburos, fluorocarburos, clorofluorocarburos suaves, fluorohidrocarburos, y clorofluorohidrocarburos (típicamente de metano y etano). Los ejemplos específicos de agentes expansivos de halógeno incluyen cloruro de metilo, cloruro de etilo, clorotrifluorometano, diclorodifluorometano, 1,2,2-trifluoro-1,1,2-tricloroetano, clorodifluorometano, 1,1-dicloro-2,2,2-trifluoroetano, 1-cloro-1,1-difluoroetano, 1,1,1,2-tetrafluoroetano y 1,1-dicloro-1-fluoroetano entre otros. En una forma de realización preferida, el agente expansivo está libre de agentes expansivos de halógeno. Como los agentes expansivos de halógeno pueden ser dañinos para el medio ambiente, su uso no es deseable.

El agente expansivo que incluye mezclas de agente expansivo utilizado en el procedimiento se puede añadir a las mezclas que se pueden hacer espuma de cualquier manera convencional. El agente expansivo se puede incorporar a la mezcla que se puede hacer espuma (combinado con el polímero aromático de alquenilo) antes, durante o después de la polimerización. En una forma de realización, el agente expansivo se puede inyectar directamente a la mezcla que se puede hacer espuma en un aparato plastificante por calor y mezclador tal como un extrusor. Cuando se vaya a utilizar más de un agente expansivo, cada uno de los agentes expansivos se puede inyectar aisladamente en el aparato plastificante por calor y mezclador.

Además del polímero aromático de alquenilo y del agente expansivo, las mezclas que se pueden hacer espuma pueden contener, y generalmente contienen, otros aditivos que se incluyen para modificar ciertas características y/o propiedades de las mezclas que se pueden hacer espuma de los cuerpos de espuma resultantes. Por ejemplo, se pueden incluir agentes nucleantes para reducir más el tamaño alveolar básico. Los agentes nucleantes adecuados incluyen talco, silicato de calcio, estearato de calcio, carbonato de calcio, arcilla, sílice, óxido de titanio, sulfato de bario, tierra de diatomeas, índigo, etc. En una forma de realización, se incorporan de 0,01 a 2 partes de agente nucleante por 100 partes del polímero aromático de alquenilo a la mezcla que se puede hacer espuma. En una forma de realización preferida, se incorporan de 0,05 a 1 partes de agente nucleante por 100 partes del polímero aromático de alquenilo a la mezcla que se puede hacer espuma.

También se pueden añadir plastificantes a la mezcla que se puede hacer espuma para facilitar el procesado de la mezcla que se puede hacer espuma en un extrusor. En una forma de realización preferida, el plastificante es una resina de bajo peso molecular (peso molecular por debajo de aproximadamente 20.000). Los ejemplos de plastificantes incluyen parafina líquida o aceite blanco, aceite de coco hidrogenado, ésteres de monoalcoholes C_{4}-C_{20}, glicerindioles con ácidos grasos superiores, resina de estireno, resina de tolueno de vinilo, resina de alfa-metilestireno, alcoholes inferiores (que contienen de 1 a aproximadamente 4 átomos de carbono), etc. En una forma de realización, se incorporan de 0,1 a 20 partes de agente plastificante por 100 partes del polímero aromático de alquenilo a la mezcla que se puede hacer espuma. En una forma de realización preferida, se incorporan de 1 a 15 partes de agente plastificante por 100 partes del polímero aromático de alquenilo a la mezcla que se puede hacer espuma.

También se pueden añadir gomas elastoméricas a la mezcla que se puede hacer espuma para facilitar el procesado de la mezcla que se puede hacer espuma en un extrusor y para aumentar la relajación de los cuerpos de espuma resultantes. En una forma de realización preferida, la goma elastomérica es soluble en un polímero aromático de alquenilo. Los ejemplos de gomas elastoméricas incluyen goma estirénica, Kraton® (copolímero en bloque de estireno-etileno/butileno-estireno), gomas del copolímero estireno-butadieno, gomas del copolímero acrilonitrilo-butadieno-estireno, etc. En una forma de realización, se incorporan de 0,1 a 10 partes de goma elastomérica por 100 partes del polímero aromático de alquenilo a la mezcla que se puede hacer espuma. En una forma de realización preferida, se incorporan de 0,5 a 5 partes de goma elastomérica por 100 partes del polímero aromático de alquenilo a la mezcla que se puede hacer espuma.

También se pueden añadir químicos retardantes de llama a la mezcla que se puede hacer espuma para conferir características retardantes de llama a los cuerpos de espuma resultantes. Los químicos retardantes de llama incluyen compuestos alifáticos bromados tales como hexabromociclododecano y pentabromociclohexano, éteres bromados de fenilo, ésteres de ácido tetrabromoftálico, y combinaciones de los mismos. En una forma de realización, se incorporan de 0,1 a 5 partes de químicos retardantes de llama por 100 partes del polímero aromático de alquenilo a la mezcla que se puede hacer espuma. En una forma de realización preferida, se incorporan de 0,5 a 3 partes de químicos retardantes de llama por 100 partes del polímero aromático de alquenilo a la mezcla que se puede hacer espuma.

Otros aditivos útiles incluyen estabilizantes, pigmentos, ayudantes de la extrusión, antioxidantes, cargas, agentes antiestáticos, absorbentes de UV, etc. Estos otros aditivos se pueden incluir en cualquier cantidad para obtener las características deseadas en las mezclas que se pueden hacer espuma o en los cuerpos de espuma resultantes. Los aditivos opcionales se pueden incorporar a la mezcla que se puede hacer espuma (combinados con el polímero aromático de alquenilo y el agente expansivo) antes, durante o después de la polimerización.

Hablando en términos generales, los componentes de la mezcla que se puede hacer espuma se combinan y mezclan, seguidos y/o acompañados por calentamiento hasta una primera temperatura bajo una presión inicial para formar una mezcla que se puede hacer espuma plastificada. Desde el extrusor, la mezcla que se puede hacer espuma plastificada se enfría hasta una segunda temperatura (referida generalmente como temperatura de fusión de troquel) y se extruye en un región de presión reducida para formar un producto de espuma. Sin embargo, se pueden emplear cualquier procedimiento para fabricar espumas a partir de mezclas que se pueden hacer espuma de acuerdo con la invención.

La primera temperatura debe ser suficiente para plastificar o fundir la mezcla. En una forma de realización, la primera temperatura está entre 135ºC y 240ºC (por debajo de 240ºC). En otra forma de realización, la primera temperatura está entre 145ºC y 210ºC (por debajo de 210ºC). En una forma de realización preferida, la primera temperatura está entre 150ºC y 165ºC (por debajo de aproximadamente 165ºC). La primera temperatura típicamente es la temperatura de transición vítrea de la mezcla que se puede hacer espuma.

En una forma de realización, la segunda temperatura o temperatura de fusión del troquel está entre 140ºC y 105ºC (por debajo de aproximadamente 140ºC). En otra forma de realización, la segunda temperatura o temperatura de fusión de extinción está entre 130ºC y 110ºC (por debajo de 130ºC). En una forma de realización preferida, la segunda temperatura o temperatura de fusión de extinción está entre 125ºC y 115ºC (por debajo de 125ºC e incluso por debajo de 122ºC). La segunda temperatura o temperatura de fusión de extinción típicamente es la temperatura de espumado.

La primera presión debe ser suficiente para evitar que la mezcla que se puede hacer espuma que contiene el agente expansivo se preespume. El preespumado implica el espumado prematuro indeseable de la mezcla que se puede hacer espuma antes de que alcance el región de presión reducida (espumado de la mezcla que se puede hacer espuma antes de que sea deseable el espumado). En consecuencia, la primera presión varía dependiendo de la identidad y cantidad de agente expansivo en la mezcla que se puede hacer espuma. En una forma de realización, la primera presión está entre 4.826,32 kPa y 31.026,35 kPa. En otra forma de realización, la primera presión está entre 5.791,58 kPa y 27.578,98 kPa. En una forma de realización preferida, la primera presión está entre 7.928,96 kPa y 24.131,61 kPa. La segunda presión es suficiente para inducir la conversión de la mezcla que se puede hacer espuma en un cuerpo de espuma. En una forma de realización, la segunda presión está entre 0 kPa y 193,05 kPa. En otra forma de realización, la primera presión está entre 9,65 kPa y 144,79 kPa. En una forma de realización preferida, la primera presión está entre 19,30 kPa y 103,42 kPa.

Para proporcionar un cuerpo de espuma con suficiente estabilidad dimensional para que sea improbable que se colapse, se requiere controlar DT_{g}. DT_{g} se puede determinar usando la siguiente ecuación:

DT_{g} = T_{g} -T_{f}

en la que T_{f} es la temperatura a la cual se espuma la mezcla que se puede hacer espuma y T_{g} es la temperatura de transición vítrea de la mezcla que se puede hacer espuma. La temperatura de transición vítrea es la temperatura a la que la mezcla que se puede hacer espuma cambia de un estado vítreo quebradizo a un estado de plástico, o viceversa. La temperatura de transición vítrea de un polímero se reduce típicamente mediante la introducción de un agente expansivo.

En una forma de realización, DT_{g} es menos de 60ºC. Todavía en otra forma de realización, DT_{g} es menos de 55ºC. En una forma de realización preferida, DT_{g} es menos de 50ºC. Aunque no sea crítico para la invención, en una forma de realización DT_{g} es mayor de 40ºC.

Los cuerpos de espuma (productos de espuma que incluyen tableros de espuma, láminas de espuma, aislamiento de espuma y otras estructuras de espuma) preparados de acuerdo con la invención se caracterizan generalmente por tener las siguientes características.

Los cuerpos de espuma resultantes generalmente tienen una densidad relativamente baja, típicamente menos de 3 lbs/pie^{3}. La densidad se puede determinar, por ejemplo, de acuerdo con ASTM D1622-88. En una forma de realización, los cuerpos de espuma tienen una densidad de 0,0162 a 0,486 g/cm^{3}. En otra forma de realización, los cuerpos de espuma tienen una densidad de 0,081 a 0,44 g/cm^{3}. En una forma de realización preferida, los cuerpos de espuma tienen una densidad de 0,162 a 0,42 g/cm^{3}. En una forma de realización más preferida, los cuerpos de espuma tienen una densidad de 0,243 a 0,405 g/cm^{3}.

Los cuerpos de espuma resultantes generalmente tienen un tamaño alveolar medio relativamente pequeño, típicamente menos de 0,4 mm. El tamaño alveolar medio se puede determinar, por ejemplo, de acuerdo con ASTM D3576-77. En una forma de realización, los cuerpos de espuma tienen un tamaño alveolar medio de 0,01 a 0,4 mm. En otra forma de realización, los cuerpos de espuma tienen un tamaño alveolar medio de 0,05 a 0,35 mm. En una forma de realización preferida, los cuerpos de espuma tienen un tamaño alveolar medio de 0,1 a 0,3 mm. En una forma de realización más preferida, los cuerpos de espuma tienen un tamaño alveolar medio de 0,15 a 0,25 mm.

Los cuerpos de espuma resultantes generalmente tienen un tamaño alveolar medio uniforme, típicamente más del 50% de los alvéolos tiene un tamaño dentro de los 0,06 mm del tamaño alveolar medio. En una forma de realización, más del 60% de los alvéolos tiene un tamaño dentro de los 0,06 mm del tamaño alveolar medio. En otra forma de realización, más del 50% de los alvéolos tiene un tamaño dentro de los 0,05 mm del tamaño alveolar medio. Aún en otra forma de realización, más del 50% de los alvéolos tiene un tamaño dentro de los 0,045 mm del tamaño alveolar medio.

Los cuerpos de espuma resultantes generalmente contienen una cantidad importante de alvéolos cerrados y una cantidad menor de alvéolos abiertos. Se puede determinar la cantidad relativa de alvéolos cerrados, por ejemplo, de acuerdo con ASTM D2856-A. En una forma de realización, más del 70% de los alvéolos de los cuerpos de espuma resultantes son alvéolos cerrados. En otra forma de realización, más del 80% de los alvéolos de los cuerpos de espuma resultantes son alvéolos cerrados. En una forma de realización preferida más del 90% de los alvéolos de los cuerpos de espuma resultantes son alvéolos cerrados. En una forma de realización más preferida, más del 95% de los alvéolos de los cuerpos de espuma resultantes son alvéolos cerrados.

En una forma de realización, los cuerpos de espuma resultantes fabricados de acuerdo con la presente invención tienen una estabilidad dimensional en cualquier dirección del 5% o menos. En otra forma de realización, los cuerpos de espuma resultantes fabricados de acuerdo con la presente invención tienen una estabilidad dimensional en cualquier dirección del 4% o menos. En una forma de realización preferida, los cuerpos de espuma resultantes fabricados de acuerdo con la presente invención tienen una estabilidad dimensional en cualquier dirección del 3% o menos. En una forma de realización más preferida, los cuerpos de espuma resultantes fabricados de acuerdo con la presente invención tienen una estabilidad dimensional en cualquier dirección del 2% o menos.

El ensayo de la estabilidad dimensional se hace de acuerdo con ASTM D-2126/C578. Las dimensiones de los especímenes son de aproximadamente 10 cm x 10 cm x 2,5 cm. Las muestras se acondicionan al menos durante toda la noche. La dimensión del eje principal (vertical, horizontal y de extrusión) de los especímenes se toman para el \pm0,1% más próximo. Las muestras se exponen a una temperatura de 70ºC\pm2º a una humedad relativa del 97%\pm3% para un periodo de siete días. Después de enfriar a temperatura ambiente durante dos horas, se toman las dimensiones de los tres ejes principales (vertical, horizontal y de extrusión) de los especímenes para el \pm0,1% más próximo. Entonces se determina el porcentaje de cambio dimensional en cada uno de los tres ejes principales, positivo o negativo (valor absoluto) para el \pm0,1% más próximo. El patrón industrial para la estabilidad dimensional de aislamientos térmicos de poliestireno alveolar preformados según se designa en ASTM C-578-87A es de un 2% o menos de cambio en cualquier dirección.

Los siguientes ejemplos ilustran el procedimiento de la presente invención y los cuerpos de espuma obtenidos de esta forma. El procedimiento general y el aparato utilizado en los siguientes ejemplos, a menos que se indique lo contrario, es como sigue. Se prepara una mezcla de resina plastificada del polímero aromático de alquenilo, agente nucleante y retardante de llama, y se incorpora un agente expansivo a la mezcla de resina plastificada para formar una mezcla que se puede hacer espuma. En una forma de realización preferida, se incorporan un agente nucleante y un material retardante de llama a la mezcla que se puede hacer espuma.

Se evalúa la densidad, tamaño alveolar medio, fuerza compresora, etc. de los tableros de espuma que se recuperan de acuerdo con el procedimiento de la presente invención, mediante técnicas conocidas en la técnica. El tamaño alveolar medio es una media de los tamaños alveolares determinados en las direcciones X, Y y Z. La dirección "X" es la dirección de extrusión; la dirección "Y" es la dirección transversal de la máquina; y la dirección "Z" es el grosor. La fuerza compresora de los cuerpos de espuma de la presente invención se determina utilizando el Test ASTM C165-83 titulado "Medición de las propiedades compresoras del aislamiento térmico".

Los detalles remanentes del procedimiento y del aparato con respecto a los ejemplos específicos se incluyen en la descripción de los ejemplos.

Ejemplo 1

Se alimentó con una mezcla del 80% de la resina de bajo peso molecular, 20% de la resina de elevado peso molecular medio, junto con un nucleador, retardante de llama y Kraton®, un extrusor de doble rosca que tiene un diámetro de rosca de 132 mm. Los sólidos se fundieron y luego se mezclaron con dióxido de carbono al 3,0% en peso y etanol al 2,1% en peso. Después se enfrió la mezcla hasta una temperatura apropiada, 46ºC, para que tuviera lugar el espumado y se espumó a través de un troquel de 27 cm de ancho y 0,8 mm de alto. La espuma resultante tenía una densidad de 3,18 #/cuft, un tamaño alveolar medio de 0,223 mm, un grosor de 4 cm y una anchura de 76,4 cm. La diferencia de la temperatura de espumado y la temperatura de transición vítrea de la mezcla de polímero y agentes expansivos en este caso fue de 59,3ºC. La estructura de espuma resultante no se colapsó.

Ejemplo 2

Se alimentó con una mezcla del 80% de la resina de bajo peso molecular, 20% de la resina de elevado peso molecular medio, junto con un nucleador, retardante de llama y Kraton®, un extrusor de doble rosca que tiene un diámetro de rosca de 132 mm. Los sólidos se fundieron y luego se mezclaron con dióxido de carbono al 3,0% en peso y etanol al 1,9% en peso. Después se enfrió la mezcla hasta una temperatura apropiada, 46ºC, para que tuviera lugar el espumado y se espumó a través de un troquel de 27 cm de ancho y 0,8 mm de alto. La espuma resultante tenía una densidad de 3,27 #/cuft, un tamaño alveolar medio de 0,259 mm, un grosor de 4,2 cm y una anchura de 70,2 cm. La diferencia de la temperatura de espumado y la temperatura de transición vítrea de la mezcla de polímero y agentes expansivos en este caso fue de 54,9ºC. La estructura de espuma resultante no se colapsó.

Ejemplo 3

Se alimentó con una mezcla del 80% de la resina de bajo peso molecular, 20% de la resina de elevado peso molecular medio, junto con un nucleador, retardante de llama y Kraton®, un extrusor de doble rosca que tiene un diámetro de rosca de 132 mm. Los sólidos se fundieron y luego se mezclaron con dióxido de carbono al 3,0% en peso y etanol al 2,1% en peso. Después se enfrió la mezcla hasta una temperatura apropiada, 50ºC, para que tuviera lugar el espumado y se espumó a través de un troquel de 27 cm de ancho y 0,6 mm de alto. La espuma resultante tenía una densidad de 2,45 #/cuft, un tamaño alveolar medio de 0,245 mm, un grosor de 3,9 cm y una anchura de 87,6 cm. La diferencia de la temperatura de espumado y la temperatura de transición vítrea de la mezcla de polímero y agentes expansivos en este caso fue de 65,3ºC. La estructura de espuma resultante se colapsó.

Como es aparente a partir de las descripciones y ejemplos anteriores, el procedimiento de la presente invención para preparar cuerpos de poliestireno espumados tales como tableros y barras utilizando mezclas que se pueden hacer espuma con temperatura de transición vítrea adecuada y espumado a temperaturas adecuadas, produce cuerpos espumados que tienen características aceptables y, en algunos ejemplos, mejoradas cuando la mezcla que se puede hacer espuma se extruye en una región de baja presión.

Sin esperar estar limitados a ninguna teoría, se cree que los productos de espuma resultantes que tienen propiedades mejoradas se obtienen cuando mezclas que se pueden hacer espuma que tienen temperaturas de transición vítrea adecuadas se usan en conjunción con un espumado a temperaturas específicas. Esta relación se controla y se representa con en el DT_{g} descrito aquí.

Claims

1. Un procedimiento para preparar un producto de espuma que comprende las etapas:

(B): calentar hasta una primera temperatura T_{g} para formar una mezcla que se puede hacer espuma plastificada;

(D): extruir dicha mezcla en un región de presión reducida para formar dicho producto espumado, caracterizado porque la diferencia entre T_{g} y la temperatura de espumado está entre 0ºC y 62ºC.

2. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que el espumado se lleva a cabo a una temperatura por debajo de 125ºC.

3. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 1 o la Reivindicación 2, en el que el polímero aromático de alquenilo (1) se selecciona entre copolímeros de estireno y al menos un estireno meta-sustituido o estireno para-sustituido; y mezclas de una cantidad importante de un polímero estirénico de alto índice de fusión y una cantidad menor de un polímero estirénico de bajo índice de fusión.

4. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 3, en el que el polímero aromático de alquenilo es un copolímero de estireno y meta- o para-metilestireno.

5. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 3, en el que los polímeros estirénicos de alto y bajo índice de fusión son cada uno poliestireno o un copolímero de estireno y un monómero copolimerizable.

6. Un procedimiento de acuerdo con la Reivindicación 3 o la Reivindicación 5, en el que el polímero estirénico de alto índice de fusión tiene un índice de fusión de 10 a 35 y el polímero estirénico de bajo índice de fusión tiene un índice de fusión de 0,5 a 5.

7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones 3, 5 y 6, en el que el polímero estirénico de alto índice de fusión tiene un peso molecular medio de 30.000 a 150.000 y el polímero estirénico de bajo índice de fusión tiene un peso molecular medio de 175.000 a 500.000.

8. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones 3 y 5 a 7, en el que la mezcla contiene de 55 a 95 partes en peso del polímero estirénico de alto índice de fusión y de 5 a 45 partes en peso del polímero estirénico de bajo índice de fusión.

9. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 8, en el que el agente expansivo es dióxido de carbono.

10. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 8, en el que el agente expansivo comprende dióxido de carbono y un alcanol que tiene de 1 a 4 átomos de carbono.