MX2009000042A - Espumas polimericas que contienen nanografito estratificado multifuncional. - Google Patents

Abstract

Esta invención se relaciona con productos aislantes de espuma, particularmente espuma de poliestireno extruída, que contiene nanografito como un aditivo del proceso para mejorar las propiedades físicas de los productos de espuma.

Description

ESPUMAS POLIMERICAS QUE CONTIENEN NANOGRAFITO ESTRATIFICADO MULTIFUNCIONAL CAMPO TECNICO Y APLICABILIDAD INDUSTRIAL DE LA INVENCION La presente invención se relaciona con tablero poliméricos espumados rígidos que contienen nanografito. De manera más particular, se relaciona con un tablero polimérico espumado rígido donde se agrega nanografito para proporcionar beneficios como un auxiliar de proceso, un mejorador del valor de R, mejorador de la estabilidad de la radiación UV, un mejorador de la estabilidad dimensional, un mejorador de la resistencia mecánica, y como un pirorretardante . El nanografito agregado también es agregado para controlar la morfología de la célula, para reducir la estática de la superficie de la espuma, y para funcionar como lubricante interno en el proceso de espumado.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La utilidad de los tableros poliméricos de espumados rígidos en una variedad de aplicaciones es bien conocida. Por ejemplo, los tableros de espuma polimérica son ampliamente usados como miembros estructurales aislante en edificios . En el pasado, agentes atenuantes de infrarrojo (IAA) como carbono amorfo pulverizado de negro de humo, grafito, y dióxido de titanio habían sido usados como cargas en tableros de espuma polimérica para minimizar la conductividad térmica del material el cual, a su vez, maximizará la capacidad aislante (incremento del valor de R) para un espesor dado. El valor de R se define como la unidad comercial usada para medir la efectividad de aislamiento térmico. Un aislante térmico es un material, fabricado en hojas, que resiste la conducción de energía térmica. Su conductancia térmica es medida, en unidades tradicionales, en Btu de energía conducidos por pulgadas de espesor por hora de día por pie cuadrado de área por grado Fahrenheit de diferencia de temperatura entre los dos lados del material. El valor de R del aislante se define como 1 dividido por la conductancia térmica por pulgada. R es una abreviación para la combinación de unidades complejas hr-ft2-°F/Btu. En unidades SI, un valor de R es igual a 0.17611 metro cuadrado Kelvin por watt (m2-K/W) . La transferencia de calor a través de un material aislante puede ocurrir a través de conductividad sólida, conductividad gaseosa, radiación, y convección. La resistencia térmica total (valor de R) , R es una medida de la resistencia a la transferencia de calor, y se determina como: R= t / k, donde, t = espesor. Los tableros de plástico espumados rígidos son usados exhaustivamente como materiales aislantes térmicos para muchas aplicaciones. Es altamente deseable mejorar la conductividad térmica sin incrementar la densidad, y/o el espesor del producto de espuma. Particularmente, la comunidad arquitectónica desea un tablero de espuma que tenga un valor de resistencia térmica de R = 10, con un espesor de menos de 1.8" (4.57 centímetros) para una construcción de pared de cavidad, para mantener al menos 1" (2.54 centímetros) de espacio de la cavidad limpia. También es deseable mejorar la estabilidad a la UV, particularmente para un sistema determinado de aislamiento de pared exterior (EIFS) , y aplicaciones subterráneas en autopistas y vías donde la exposición prolongada a la luz solar de la superficie de los tableros de espuma polimérica ocurre usualmente en los sitios de trabajo. Las espumas de baja densidad regulares tienen espesores de pared de célula muy delgados en el intervalo de 0.2 a 6 micrómetros. Particularmente, para mejorar el valor de R del aislante, es necesario el espesor de pared de la célula objetivo de menos de aproximadamente 1 micrometro. De este modo, existe la necesidad de un grafito que tenga al menos en una dimensión-usualmente el espesor de grafito formado en placa a escala nanométrica, es decir, de menos de 0.1 micrómetros o 100 nanómetros. Un objetivo de la presente invención es proporcionar un proceso para preparar espumas poliméricas extruídas de baja densidad que contienen nanografito, las cuales tienen buenas propiedades de procesamiento, y propiedades físicas de la espuma mejoradas, incluyendo la conductividad térmica, resistencia a la radiación ultravioleta (UV) , estabilidad dimensional, resistencia mecánica, retardo de la propagación de llamas y densidad del humo.

SUMARIO DE LA INVENCION La presente invención se relaciona con productos aislantes de espuma y los procesos para fabricar esos productos, como espuma de poliestireno extruída, que contienen nanografito como un aditivo de proceso para mejorar las propiedades físicas, como el aislamiento térmico en resistencia a la compresión. Durante el espumado, el nanografito actúa como un agente nucleante y lubricante y también su acción deslizante hace el flujo del polímero fundido en el extrusor más fácil, y proporciona una superficie lisa al tablero de espuma. Además, el nanografito reduce la cantidad de estática presente durante el proceso de espumado debido al incremento de la conductividad eléctrica de la película de tableros de espuma polimérica con nanografito. El nanografito en un producto de espuma también actúa como un estabilizador de UV y tiene una barrera de gas en el producto final. Un objetivo de la presente invención es producir una espuma polimérica rígida que contiene nanografito la cual exhibe efectos compuestos totales sobre las propiedades de la espuma incluyendo un mejor valor aislante (valor de R incrementado) para un espesor y densidad dadas, y estabilidad a la luz ultravioleta (UV) . Otro objetivo de la presente invención es producir una espuma polimérica rígida que contiene nanografito que ha retenido o mejorado la resistencia a la compresión, estabilidad dimensional térmica y propiedades de resistencia al fuego. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar nanografito en una espuma polimérica rígida la cual también actúa como un aditivo del proceso que controla la morfología de la célula, reduce la estática y proporciona lubricación durante el proceso de espumado. Otro objetivo de la presente invención es hacer disminuir el costo de un producto de espuma polimérica en una forma simple y económica, como usando nanografito como un colorante funcional, de bajo costo. Las anteriores y otras ventajas de la invención se volverán evidentes a partir de la siguiente descripción en la cual son descritas una o más modalidades preferidas de la invención con detalle e ilustradas en los dibujos acompañantes. Se contempló que variaciones en los procedimientos, características estructurales y arreglo de las partes pueden ser evidentes a un experto en la técnica sin apartarse del alcance o sacrificar ninguna de las ventajas de la invención.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una ilustración gráfica que describe la densidad contra el módulo de compresión de espuma de poliestireno y espumas de poliestireno que contienen nanografito . La Figura 2 es una ilustración gráfica que compara la reologia de espuma de poliestireno pura contra espuma de poliestireno que contiene nanografito. La Figura 3 es una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de las células de espuma.de la presente invención. La Figura 4 es una imagen de microscopía electrónica de barrido (SEM) de las paredes y postes de la célula de espuma. La Figura 5 es una ilustración gráfica que compara un tablero de esp'uma de poliestireno con el tablero de nanografito/poliestireno de la presente invención cuando ambos tableros son expuestos a radiación UV.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Los objetivos anteriores han sido logrados a través del desarrollo de una espuma polimérica la cual contiene nanografito para controlar la morfología de la célula y que actúa como una barrera de difusión de gas. La espuma exhibe mejor aislamiento térmico (valores de R) que actúan como un agente atenuante de infrarrojo y un agente nucleante de células. El nanografito en la espuma sirve como un lubricante interno durante el procesamiento de la espuma y permite la liberación de estática de la superficie durante el procesamiento de la espuma. Las espumas que contienen nanografito, de la presente invención, también tienen mejor estabilidad dimensional. Estéticamente, la espuma de la presente invención tiene una superficie brillante y es de color plateado. La presente invención se relaciona en particular con la producción de un tablero de espuma polimérica, ¦ de célula cerrada, rígido, preparado por el proceso de extrusión con nanografito, al menos un agente de soplado y otros aditivos . Los materiales plásticos espumados rígidos pueden ser cualesquier materiales adecuados para producir espumas poliméricas, los cuales incluyen poliolefinas, cloruro de polivinilo, policarbonatos, polieterimidas , poliamidas, poliésteres, cloruro de polivinilideno, metacrilato de polimetilo, polimetanos, poliurea, fenol-formaldehído, poliisocianuratos, compuestos fenólicos, copolímeros y terpolimeros de los anteriores, y mezclas poliméricas termoplásticos, polímeros modificados con caucho, y similares. Las poliolefinas adecuadas incluyen polietileno -y polipropileno, y copolímeros de etileno. Un polímero termoplástico preferido comprende un material polimérico aromático de alquenilo. Los materiales poliméricos aromáticos de alquenilo adecuados incluyen homopolímeros y copolímeros aromáticos de alquenilo de compuestos aromáticos de alquenilo y comonómeros etilénicamente insaturados copolimerizables . Un material polimérico aromático de alquenilo puede incluir además porciones menores de polímeros aromáticos sin alquenilo. El material polimérico aromático de alquenilo puede estar comprendido únicamente de uno o más homopolímeros aromáticos de alquenilo, uno o más copolímeros aromáticos de alquenilo, una mezcla de uno o más de cada uno de los homopolímeros y copolímeros aromáticos de alquenilo, o mezclas de cualquiera de los anteriores con un polímero aromático sin alquenilo. Los copolímeros aromáticos de alquenilo adecuados incluyen aquellos derivados de compuestos aromáticos de alquenilo como el estireno, alfametilestireno, etilestireno, vinil benceno, vinil tolueno, cloroestireno y bromoestireno . Un polímero aromático de alquenilo preferido es el poliestireno . Cantidades menores de compuestos monoetilénicamente insaturados como ácidos y ésteres de alquilo de C2-6 , derivados ionoméricos, y dienos de C4_ 6 pueden ser copolimerizadas con compuestos aromáticos de alquenilo. Los ejemplos de compuestos copolimerizables incluyen ácido acrilico, ácido metacrilico, ácido etacrilico, ácido maleico, ácido itacónico, acrilonitrilo, anhídrido maléico, acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de isobutilo, acrilato de n-butilo, metacrilato de metilo, acetato de vinilo y butadieno . Las estructuras preferidas comprenden sustancialmente (es decir, más de aproximadamente 95 por ciento) y de manera más totalmente preferible poliestireno . La presente invención se relaciona con un proceso para preparar un producto de espuma que implica los pasos de formar una mezcla espumable de (1) polímeros que tienen pesos moleculares promedio en peso de aproximadamente 30,000 hasta aproximadamente 500,000. En una modalidad, el poliestireno tiene un peso molecular promedio en peso de aproximadamente 250,000, y (2) nanografito, (3) al menos un agente de soplado (4) otros aditivos de proceso, como un agente de nucleación, pirorretardante, químicos, espumar la mezcla en una región de la atmósfera o a presión reducida para formar el producto espumado . El nanografito usado en esta invención es un nanografito el cual tiene al menos en una dimensión, de manera muy probable el espesor de la partícula, menos de aproximadamente 100 nanómetros por difracción de rayos X. La espuma comprende nanoláminas u hojas de grafito exfoliado dispersas en la matriz polimérica. El grafito exfoliado es grafito que ha sido intercalado preferiblemente por un proceso de oxidación, donde los átomos o moléculas han sido insertadas en la separación interplanar entre los planos estratificados de carbonos, y expandidas. El grafito intercalado se expande o exfolia preferiblemente con una leve exposición a un alto calor para expandir el espesor del grafito. El grafito expandido o exfoliado es entonces mezclado con monómeros y polimerizado in situ para formar un polímero con una red de nanoláminas u hojas del grafito exfoliado disperso en él. El grafito exfoliado retiene de manera ventajosa su estructura durante el proceso de polimerización. El grafito expandido o exfoliado es comprimido junto en hojas delgadas flexibles. El nanografito en la espuma comprende una pluralidad de nanoláminas u hojas típicamente en capas. Las nanoláminas o capas tienen un espesor entre aproximadamente 10 hasta varios cientos de nanómetros, con la mayoría en el intervalo de aproximadamente 10 hasta aproximadamente 100 nanómetros. La explicación detallada de la exfoliación del grafito puede encontrarse en Graphite Intercalation Compounds I: Structure and Dynamics, H. Zabel; S.A. Solin (1990) y Carbón and Graphite Handbook, C.L. Mantell (1968) las cuales se incorporan aquí como referencia. Los procesos y métodos de extrusión estándar que pueden ser usados en el proceso de fabricación de la invención son descritos en la Patente Estadounidense No. 5,753,161 poseída de manera común, la cual se incorpora aquí como referencia en su totalidad. Descripciones detalladas de los métodos de espumado, incluyendo la expansión y extrusión pueden encontrarse en Plastics Data Handbook (2da Edición) , Rosato, Dominick® 1997 Springer - Verlag la cual se incorpora aquí como referencia. En el proceso de extrusión, se prepara una espuma de nanografito, de polímero de poliestireno, extruído, por extrusores de doble tornillo (de bajo corte) con matriz plana y formador de placa. De manera alternativa, puede ser usado un extrusor en cascada de un solo tornillo (de alto corte) con matriz radial y formador ceñido. El nanografito es entonces agregado al extrusor preferiblemente en más de 0% hasta aproximadamente 10%, de manera más preferible de 0.5 hasta aproximadamente 3% en peso sobre la base del peso del polímero junto con poliestireno como un agente de soplado, y opcionalmente otros aditivos. En una modalidad preferida, se prepara una espuma de polímero de poliestireno extruído por extrusores de doble tornillo (de bajo corte) con matriz plana y formador de placa. De manera alternativa, puede ser usado un extrusor en cascada de un solo tornillo (de alto corte) con matriz radial y formador ceñido. Preferiblemente, el compuesto de nanografito es agregado al extrusor vía multialimentadores, junto con poliestireno como un agente de soplado, y/o u otros aditivos. La mezcla de resina plastificada que contiene nanografito, polímero, y opcionalmente, otros aditivos es calentada a la temperatura de mezclado en estado fundido y mezclada perfectamente. La temperatura de mezclado en estado fundido debe ser suficiente para plastificar o fundir el polímero. Por lo tanto, la temperatura de mezclado en estado fundido se encuentra en o por encima de la temperatura de transición vitrea o el punto de fusión del polímero. Preferiblemente, en la modalidad preferida, la temperatura de la mezcla fundida es de aproximadamente 200° hasta aproximadamente 250°C, de manera mas preferible de aproximadamente 220° hasta aproximadamente 240°C dependiendo de la cantidad de nanografito. Un agente de soplado es entonces incorporado para formar un gel espumable. El gel espumable es entonces enfriado a una temperatura de fusión de la matriz. La temperatura de fusión de la matriz es típicamente más fría que la temperatura de la mezcla fundida, en la modalidad preferida de aproximadamente 100° C hasta aproximadamente 130°C, y de manera más preferible de aproximadamente 120°C. La ;, presión de la matriz debe ser suficiente para evitar el pre espumado del gel espumable el cual contiene el agente de soplado. El preespumado implica el espumado prematuro indeseable del gel espumable antes de la extrusión en una región de presión reducida. En consecuencia, la presión de la matriz varia dependiendo de la identidad y cantidad del agente de soplado en el gel espumable. Preferiblemente en la modalidad preferida, la presión es de aproximadamente 50 hasta aproximadamente 80 bares, de manera más preferible de aproximadamente 60 bares. La relación de expansión, espesor de la matriz por espacio de la matriz, estando en el intervalo de aproximadamente 20 hasta aproximadamente 70, típicamente de aproximadamente 60. La Figura 2 ilustra una comparación de la viscosidad (eta* in Pa-sec) entre el poliestireno grado 1600 de NOVA Chemical, PA y el mismo poliestireno con 1% en peso de aditivo de nanografito a un intervalo de velocidad cortante de matriz regular (aproximadamente 100 rad/sec frecuencia). En el intervalo de operación de temperatura de la matriz regular- de 115 a 125°C, la viscosidad del poliestireno con nanografito es mayor, pero es manejable dentro de la ventana de la temperatura de operación. Puede ser usado cualquier agente de soplado adecuado y combinaciones de agentes de soplado en la práctica de esta invención. Los agentes de soplado útiles en la práctica de esta invención incluyen agentes inorgánicos, agentes de soplado orgánicos y agentes de soplado químicos. Los agentes de soplado inorgánicos adecuados incluyen dióxido de carbono, nitrógeno, argón, agua aire nitrógeno, y helio. Los agentes de soplado orgánico incluyen hidrocarburos alifáticos que tienen 1-9 átomos de carbono, alcoholes alifáticos que tienen 1-3 átomos de carbono, e hidrocarburos alifáticos completa y parcialmente halogenados que tienen 1-4 átomos de carbono. Los hidrocarburos alifáticos incluyen metano, etano, propano, N-butano, isobutano, N-pentano, isopentano y neopentano. Los alcoholes alifáticos incluyen metanol, etanol, n-propanol e isopropanol. Los hidrocarburos alifáticos completa y parcialmente halogenados incluyen fluorocarburos, clorocarburos , clorofluorocarburos , y ciclopentano . Los ejemplos de fluorocarbonos incluyen fluoruro de metilo, perfluorometano, floruro de etilo (HFC-161), fluoruro de etilo, 1 , 1-difluoretano (HFC-152a) , 1,1,1-trifluoretano (HFC-143a) , 1 , 1 , 1 , 2-tetrafluoretano (HFC-134a) , 1, 1, 2, 2-tetrafluoretano (HFC-134), pentafluoretano (HFC-125) , difluorometano (HFC-32), perfluoretano, 2 , 2-difluoropropano (HFC-272fb), 1 , 1 , 1-trifluoropropano (HFC-263fb) , perfluoropropano, 1, 1, 1, 3, 3-pentafluorobutano (HFC-365mfc) , 1, 1, 1, 3, 3-pentafluropropano (HFC-245fa) , 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano (HFC-227ea) , dicloropropano, difluoropropano, perfluorobutano y perfluorociclobutano . Los clorocarburos y clorofluorocarburos parcialmente halogenados para usarse en esta invención incluyen cloruro de metilo, cloruro de metileno, cloruro de etilo, 1, 1, 1-tricloroetano, 1, 1-dicloro-l-fluroetano (HCFC-141b) , l-cloro-1,1-difluoroetano (HCFC-142b) , 1 , 2-difluoroetano (HCFC-142), clorodifluorometano (HCFC-22), 1 , l-dicloro-2 , 2 , 2-trifluoroetano (HCFC-123) y 1-cloro-l , 2 , 2 , 2-tetrafluoroetano (HCFC-124) y similares. Los clorofluorocarburos completamente Halogenados incluyen tricloromonofluorometano (CFC-11), diclorodifluorometano (CFC-12), triclorotrifluoroetano (CFC-113), 1, 1, 1-trifluoroetano, pentafluoretano, diclotetrafluoretano (CFC-114), cloroheptafluoropropano, y diclorohexafluoropropano . Los agentes de soplado químicos incluyen azodicarbonamida, azodiisobutilo-nitrilo, bencensulfonhidracida, 4 , 4-oxibencen sulfonilsemicarbacida, p-toluen sulfonil semi-carbacida, azodicarboxilato de bario y N, N' -dimetil-N, N' -dinitrosotereftalamida y trihidracino triacina . Puede ser usada una mezcla de agentes de soplado con la presente invención, como una mezcla que incluya 1, 1, 2, 2-tetrafluoroetano (HFC-134a) con aproximadamente la misma cantidad de 1 , 1-difluoroetano (HFC-152a) . Puede estar presente aproximadamente 50% del agente de soplado 134a y aproximadamente 50% del agente de soplado 152b en la composición. Ambos componentes sobre la base del peso del polímero. Sin embargo, para productos espesos, de baja densidad, la cantidad de 152a puede incrementarse hasta aproximadamente 60% o más sobre la base del peso del polímero . En la presente invención es preferible usar aproximadamente 6 hasta aproximadamente 14%, de manera preferible aproximadamente 11%, de ciclopentano en peso sobre la base del peso del polímero. Se prefiere agregar de aproximadamente 0 hasta aproximadamente 4% de etanol, de aproximadamente 3 hasta aproximadamente 6%, preferiblemente aproximadamente 3.5% de dióxido de carbono. Todos los porcentajes se basan en el peso del polímero. Puede ser incorporados aditivos opcionales en el producto de espuma extruído e incluir agentes adicionales, atenuantes de infrarrojo, plastificantes, productos químicos retardantes de llamas, pigmentos, elastómeros, adyuvantes de extrusión, antioxidantes, cargas, fuentes antiestáticas, absorbentes de UV, ácidos cítricos, agentes nucleantes, adyuvantes de proceso, etc., adicionales. Esos aditivos opcionales pueden ser incluidos en cualquier cantidad para obtener las características deseadas del gel espumable o productos de espuma extruídos resultantes. De manera preferible, se agregan aditivos opcionales a la mezcla de resina pero pueden agregarse en formas alternativas al proceso de fabricación de una espuma extruída. El producto producido por el proceso descrito anteriormente es un tablero aislante de espuma, rígido, el cual es de aproximadamente 1/8 hasta 12 pulgadas de espesor (0.3175 hasta 30.48 centímetros), de manera típica de aproximadamente 1 hasta aproximadamente 4 pulgas de espesor (2.54 hasta aproximadamente 10.16 centímetros). La densidad del tablero de espuma es, de manera típica de aproximadamente 1.2 hasta aproximadamente 5 pcf, de manera típica de aproximadamente 1.4 hasta aproximadamente 3 pcf (Kg/m3) . El tablero resultante es de color plateado con una superficie brillante. Como se mencionó anteriormente, el nanografito en la espuma controla la morfología de la célula. El grafito a nanoescala actúa como un agente nucleante en el proceso de espumado. La Figura 3 es una imagen de SE de la espuma que incluye 1% de nanografito en la espuma de poliestireno . El tamaño de célula promedio de la espuma sin ningún otro agente nucleante es como el del talco que es de aproximadamente 220 micrómetros; la orientación en la dirección x/z= 1.26 (x 0.254, y 0.205, z 0.201 mm) . La Figura 4 es una imagen de SEM de las paredes de la célula y columnas del producto de espuma. La espuma de poliestireno contiene 1% de nanografito. El espesor de las paredes de la célula es de aproximadamente 0.86 micrómetros, el diámetro de columna es de aproximadamente 3.7 micrómetros. La Figura 5 ilustra la capacidad de protección UV del tablero de espuma de poliestireno con el nanografito de la presente invención cuando el tablero se expone a radiación UV. El método de prueba usado es una prueba QUV, seguida por medición de color. Los métodos de prueba y materiales estándar para la prueba QUV incluyen plásticos ISO 4982-1, ASTM G-151, AST G-154, ASTM G53, Norma Británica BS 2782, Parte 5, Método 540B, y SAE J2020, JIS D0205. Todos los métodos y estándares de pruebas citadas anteriormente se incorporan aquí como referencia. Las mediciones de color se hace sobre las escalas L*a*b. La escala L , de 0 a 100, representa una relación de negro a blanco. La espuma de nanografito con color gris casi no cambió de una exposición de UV prolongada por más de 100 días. Las escalas a y ¿, de 1 a -1, representan imágenes de color diferente; del rojo al verde, y del amarillo al azul. Ha sido observado un ligero cambio de color después de más de 90 días de exposición UV para el tablero de espuma de nanografito. Habiendo descrito de manera general esta invención, una comprensión adicional puede obtenerse con referencia a ciertos ejemplos específicos ilustrados a continuación, los cuales se proporcionan para propósitos de ilustración únicamente y no pretenden ser totalmente incluyentes o limitantes al menos que se especifique otra cosa.

Ejemplo 1 La invención es ilustrada mejor por el siguiente ejemplo 1, el cual no debe constituirse como limitante, en el cual todos los tableros de espuma son tableros de espuma de poliestireno extruido. En las siguientes muestras y muestras control, se prepararon tableros de espuma de poliestireno rígidos por medio de un extrusor LMP de doble tornillo con matriz plana y placa formadora; y con dos extrusores en cascada de un solo tornillo con matriz radial y formador ceñido. También se puede aplicar vacío a ambas de las líneas piloto y de fabricación descritas anteriormente. La Tabla 1 muestra las condiciones de proceso para las muestras en un extrusor de doble tornillo para fabricar tableros de espuma que tienen un ancho de 16 pulgadas (40.64 centímetros) y un espesor de 1 pulgada (2.54 centímetros).

Tabla 1- Condiciones de Proceso de las Muestras Muestras en la Tabla 4 % en Peso de nanografito 1 a 5 % en Peso de talco 0.5 - 1.5 % en Peso de negro de humo nano 0 a 6 % en Peso de mica 0 a 4 % en Peso de CFC-142b 11 % en Peso de C02 0 Presión del extrusor, Kpa (psi) 13000 - 17000 (1950-2400) Temperatura de Fusión de la 117 - 123 Matriz, (°C) Presión de la Matriz, Kpa (psi) 5400 - 6600 (790 - 950) Velocidad Lineal, m/hr (ft/min) 110 - 170 (6 - 9.5) Rendimiento, kg/hr 100 Separación de la matriz, mm 0.6 - 0.8 Vacio KPa (pulgadas de Hg) 0 - 3.4 (0 a 16) El espesor de nanografito usado fue confirmado por difracción de rayos X como de 29.7 nm, y 51 nm después de componer con aproximadamente 60% en peso de poliestireno . El negro de humo no fue parte de la mezcla con el nanografito debido a su pobre capacidad de proceso y su alta densidad de humo durante la prueba de fuego. Los resultados de los ejemplos anteriores se muestran en la Tabla 2. Todos los valores de R y resistencia a la compresión se probaron después de que las muestras envejecieron durante 180 días.

Tabla 2 Como es mostrado de las muestras anteriores, la adición de nanografito en el proceso de espumado, de manera preferible de aproximadamente 1% hasta aproximadamente 3% en peso del polímero de espuma sólido tiene un efecto profundo sobre la propiedad de resistencia térmica. El intervalo del valor de R fue determinado entre aproximadamente 5.7 y aproximadamente 6.0.

Ejemplo 2 La tabla 3 compara las condiciones de operación entre lotes y extrusión de espuma de baja densidad tradicional .

Tabla 3- Comparación de las Condiciones de Operación entre el Espumado por Lotes y por Extrusión Antes del espumado por lotes, el compuesto de nanografito/poliestireno polimerizado es calentado y comprimido en una forma sólida. La hoja sólida es cortada en pequeñas piezas de acuerdo al tamaño del recipiente de presión, como 77 x 31 x 1 mm. El espécimen en forma de hoja sólida es entonces colocado en un molde y espumado en un recipiente a alta presión de aproximadamente 80 hasta aproximadamente 160 °C, de manera típica de aproximadamente 120°C y aproximadamente 500 (35.155 Kgf/cm2) hasta aproximadamente 4000 psi (281.24 Kgf/cm2), de manera típica aproximadamente 2000 psi (140.62 KgF/cm2) . La hoja sólida permanece en el recipiente presurizado de aproximadamente 8 hasta aproximadamente 50 horas, de manera típica aproximadamente 12 horas, después de lo cual la presión en el recipiente fue liberada rápidamente (aproximadamente 12 segundos) para el espumado. La espuma de nanografito/poliestireno de las muestras de espumado por lotes fueron evaluadas para determinar la cantidad de radiación infrarroja transmitida a través de la espuma. Puesto que la luz infrarroja es la forma principal de radiación térmica. Se seleccionó una pieza de muestra espumada por lotes que contenía poliestireno y 3% de grafito, y otras dos muestras de comparación que contenían poliestireno o poliestireno y 5% de nanoarcilla. Sobre un lado de la muestra de espuma se colocó una fuente de luz o láser infrarrojo. Sobre el otro lado de la muestra, fue colocado un detector para registrar la intensidad de transmisión de luz o fue colocada una cámara de temperatura para verificar el cambio de temperatura de la superficie. Los resultados se resumen en la Tabla 4. Tabla 4- Transmisión de Luz Infrarroja A través de muestras de espuma de poliestireno (PS) , poliestireno y 5% de nanoarcilla (PS/5% de arcilla) , y poliestireno y 3% de nanografito (PS/3% de grafito) Intensidad de Intensidad Intensidad % Trans transmisión de de Emisión Recibida IR (vatios) PS (muestra 0.5 0.05 10% control ) PS/5% HABS* 0.5 0.02 4% PS/3% de gusanos 0.5 0.01 2% de grafito molidos * Compuesto polimerizado in situ con 5% de tensoactivo catiónico reactivo, Na+ monorilonita con el 95% de monómero de estireno tratado con bromuro de 2-metacriloiloxietilhexadecildimetil amonio (MHAB) . Como se muestra en la Tabla 4, 10% de la luz se transmite a través de la muestra de espuma de PS pura, mientras que solo el 4% a través de la muestra de espuma de PS/5% de arcilla y únicamente 2% a través de la muestra de PS/3% de grafito. Tanto la arcilla como el grafito tienen un efecto de atenuación sobre la luz infrarroja, sin embargo, como se muestra en la tabla anterior, la PS/3% de grafito tiene considerablemente mejor atenuación de la transmisión. La temperatura de la muestra de PS/grafito, sobre el lado de la muestra opuesta a la fuente de luz, fue elevada ligeramente, teniendo un incremento de aproximadamente 2-3°F (-16.66 a -16.11°C) después de 90 segundos de exposición (Tabla 5) . No hubo un cambio obvio en la temperatura de la superficie para muestras de espuma de PS puro (muestra control) y PS con nanoarcilla de MHABS. Por lo tanto, la espuma de PS/grafito atenúa la radiación térmica y mejora la conducción sólida de calor. Además, debido a la mejor dispersión y concentración del grafito, se espera que esas tendencias sean más significativas. Tabla 5- Cambio de temperatura para muestras de espuma de PS . PS/5% de arcilla, y PS/3% de grafito sobre la superficie opuesta a la fuente de luz La descripción anterior de las modalidades específicas revelará de este modo completamente la naturaleza general de la invención de modo que otros puedan, mediante la aplicación del conocimiento dentro de las destrezas de la técnica (incluyendo el contenido de las referencias citadas ahí) , modificar y/o adaptar fácilmente diferentes aplicaciones, tal como modalidades específicas, sin experimentación indebida, sin apartarse del concepto general de la presente invención. Por lo tanto, esas adaptaciones y modificaciones pretenden estar dentro del significado y alcance de equivalentes de las modalidades descritas, sobre la base de las enseñanzas y guías expresadas aquí. Debe comprenderse que la fraseqlogía o terminología de la presente es para propósitos de descripción y no de limitación, de modo que la terminología o fraseología de la presente especificación debe ser interpretada por el experto a la luz de las enseñanzas y guías presentadas aquí, en combinación con el conocimiento de un experto en la técnica. La invención de esta solicitud ha sido descrita anteriormente tanto genéricamente como con respecto . a modalidades específicas. Aunque la invención ha sido expuesta en las que se creen son las modalidades más preferidas, una amplia variedad de alternativas conocidas por aquellos expertos en la técnica pueden ser seleccionadas dentro de la descripción genérica. La invención no es de otro modo limitada, excepto por lo expuesto en las reivindicaciones expuestas más adelante.

Claims (19)

1. REIVI DICACIO ES 1. Un material de espuma polimérica, caracterizado porque comprende: a) un polímero; b) al menos un agente de soplado; c) nanografito.
2. 2. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el nanografito está presente en una cantidad mayor de 0% hasta aproximadamente 10% en peso sobre la base del polímero.
3. 3. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el agente de soplado comprende una mezcla de 1 , 1 , 2 , 2-tetrafluoroetano (HFC-134), 1, 1-difluoroetano (HFC 152a) y 1 , 2-difluoroetano (HFC-142) .
4. 4. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además uno o más aditivos seleccionados del grupo de agentes que aumentan el tamaño de la célula, agentes atenuantes de infrarrojo, plastificantes , compuestos químicos retardantes de las llamas, pigmentos, elastómeros, adyuvantes de extrusión, cargas antioxidantes, agentes antiestáticos y absorbentes de UV.
5. 5. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el nanografito comprende además una pluralidad de nanohojas.
6. 6. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque la pluralidad de nanohojas tiene un espesor entre aproximadamente 10 hasta varios cientos de nanómetros, con la mayoría de intervalo de aproximadamente 10 hasta aproximadamente 100 nanómetros.
7. 7. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la pluralidad de nanohojas comprende una pluralidad de capas de carbón individuales de grafito. 8. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el valor de R en el material es de entre aproximadamente 3 hasta aproximadamente
8. 8.
9. 9. El material de espuma polimérica de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el polímero es seleccionado del grupo de poliolefinas, cloruro de polivinilo, policarbonatos , poliéterimidas, poliamidas, poliésteres, cloruro de polivinilideno, metacrilato de polimetilo, poliuretanos , poliurea, fenol-formaldehído, poliisocianuratos, fenólicos, copolímeros y terpolímeros de los anteriores, mezclas de polímeros termoplásticos y polímeros modificados con caucho.
10. 10. Un método para producir una espuma polimérica extruída, caracterizado porque comprende los pasos de: a) mezclar una mezcla de resina que comprende un polímero y compuesto de nanografito; b) calentar la mezcla de resina a una temperatura de mezclado en estado fundido; c) incorporar uno o más agentes de soplado en la mezcla de resina bajo una presión suficiente para prevenir el preespumado del gel; d) enfriar el gel a una temperatura de fusión de la matriz; y e) extruir el gel a través de una matriz a una región de presión dé matriz más baja para formar la espuma.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el compuesto de nanografito es agregado en una cantidad de más de 0% hasta aproximadamente 100% en peso sobre la base del polímero.
12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque los agentes de soplado comprenden una mezcla de 1 , 1 , 2 , 2-tetrafluoroetano (HFC-134), 1,1,-difluoroetano (HFC-152a) y 1 , 2-difluoroetano (HFC-142) .
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque comprende además el paso de mezclar uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste de agentes que aumentan el tamaño de la célula, agentes atenuantes de infrarrojo, plastificantes , compuestos químicos retardantes de las llamas, pigmentos, elastómeros, adyuvantes de extrusión, cargas antioxidantes, agentes antiestáticos y absorbentes de UV a la mezcla.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el polímero es poliestireno .
15. 15. Un método para fabricar una espuma polimérica por lotes, caracterizado porque comprende los pasos de: a) agregar polímero extruído o moldeado sólido que contiene nanografito a un recipiente de presión; b) agregar al menos un agente de soplado al recipiente de presión; c) presurizar el recipiente de presión a un nivel suficiente para forzar una cantidad apropiada del agente de soplado al volumen libre del polímero; d) reducir la presión y remover el rollo de polímero que contiene nanografito del recipiente de presión cuando el agente de soplado haya saturado totalmente el polímero .
16. 16. Un tablero aislante de espuma, rígido, caracterizado porque comprende: a) un polímero; b) al menos un agente de soplado; c) nanografito
17. 17. El tablero aislante de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el valor de R del tablero es de entre aproximadamente 3 hasta aproximadamente 8.
18. 18. El tablero aislante de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el tablero aislante tiene un espesor de entre aproximadamente 1/8 de pulgada hasta aproximadamente 10 pulgadas (0.3175 cm hasta 2.54 cm) .
19. 19. El tablero aislante de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el nanografito está presente en una cantidad mayor de 0% hasta aproximadamente 10% en peso sobre la base del polímero.