ES2683727T3

ES2683727T3 - Composición de polímero orientado de baja densidad con relleno inorgánico inerte

Info

Publication number: ES2683727T3
Application number: ES08747275.9T
Authority: ES
Inventors: Kevin L. Nichols; Brett M. Birchmeier; Ian M. Ward; Philip D. Coates; Phil Caton-Rose; Glen P. Thompson; Vijay Wani; Rajen M. Patel
Original assignee: Eovations LLC
Current assignee: Eovations LLC
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2008-05-01
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2028-05-01
Also published as: US8142697B2; US20120121879A1; US20080287576A1; WO2008144183A2; EP2148900A2; EP2148900B1; CN101679670B; CN101679670A; CA2686208C; CA2686208A1; US20140162046A1; US20100301511A1; WO2008144183A3

Abstract

Una composición de polímero orientado que comprende treinta por ciento en peso o más y 95 por ciento en peso o menos de relleno inorgánico inerte basada en peso de composición de polímero orientado y una fase continua de al menos un polímero orientable, en donde la composición de polímero orientado tiene: (a) una densidad de menos de 0,8 gramos por centímetro cúbico de acuerdo con el método ASTM 792-00; (b) un módulo de flexión de 1,4 gigapascales (200.000 libras por pulgada cuadrada) o más de acuerdo con el método ASTM D-790-03; (c) dimensiones de sección transversal todas mayores de 1,5 milímetros; y (d) un valor de fuerza de deslaminación mayor que 44,5 Newtons (diez libras-fuerza) según se determinó de acuerdo con el método especificado en la descripción; en donde la composición de polímero orientado contiene menos de tres por ciento en peso de agente de soplado en base al peso de la composición de polímero orientado, y en donde el relleno inorgánico inerte se selecciona de talco, arcilla (por ejemplo, caolín), hidróxido de magnesio, hidróxido de aluminio, dolomita, perlas de vidrio, sílice, mica, rellenos metálicos, feldespato, wollastonita, fibras de vidrio, fibras de metal, fibras de boro, negro de carbón, nano-rellenos, carbonato de calcio, cenizas volantes y sus combinaciones.

Description

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DESCRIPCION

Composicion de poUmero orientado de baja densidad con relleno inorganico inerte Antecedentes de la Invencion Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a procesos de estiramiento en estado solido y composiciones de polfmero orientado producidas mediante procesos de estiramiento en estado solido.

Descripcion de la Tecnica Relacionada

Las composiciones de polfmero orientado son convenientes portener mayor resistencia y rigidez que las composiciones de polfmero no orientado. Historicamente, las pelfculas y fibras polimericas han disfrutado de los beneficios de la orientacion a traves de procesos de estiramiento. Sin embargo, cuando una seccion transversal de polfmero se hace mas grande que la de una pelfcula o fibra, estirar hasta una forma controlada y consistente se vuelve mas complejo y se necesitan nuevos procesos de estiramiento.

La patente de Gran Bretana (GB) num. 1311885 describe un proceso de estiramiento portroquel en estado solido para abordar los desaffos de orientar composiciones de polfmero de seccion transversal mas grandes, que la patente identifica como composiciones que tienen un area de seccion transversal de 0,01 pulgadas cuadradas (6,45 milfmetros cuadrados) o mas o con todas las dimensiones de la seccion transversal mayores de 0,05 pulgadas (1,27 milfmetros). El proceso de estiramiento portroquel en estado solido requiere estirar una barra de composicion de polfmero a traves de un troquel de estiramiento lubricado en la fase solida de la composicion de polfmero a una temperatura mas abajo de la temperatura de fusion de la composicion de polfmero (Tm). El troquel de estiramiento fuerza a la composicion de polfmero a converger hacia una forma espedfica, lo que provoca la alineacion de las cadenas de polfmero. De acuerdo con la patente de Gran Bretana (GB) num. 1311885, uno de los desaffos con barras de seccion transversal grandes es llevar la totalidad de la seccion transversal a una temperatura uniforme antes del estiramiento para permitir el control de la velocidad de extrusion de la barra hacia el troquel de estiramiento. Los artfculos pequenos de seccion transversal, tales como pelfculas y fibras, no presentan tal desaffo.

La orientacion de composiciones de polfmero relleno es de particular interes. El relleno ofrece numerosos beneficios, tal vez el mas reconocido es la reduccion en el costo de la materia prima para la composicion de polfmero. El uso de rellenos de fibra de madera en composiciones de polfmero orientado ha sido de particular interes para la fabricacion de composiciones de polfmero orientado que sirven como una alternativa a los materiales de cubiertas de madera (es dear, cubiertas de compuestos). Los rellenos organicos, sin embargo, sufren de algunas desventajas, lo que incluye el blanqueamiento del color cuando se exponen al sol, y a la descomposicion, moho y hongos cuando se exponen a la humedad aun dentro de una composicion de polfmero. Los rellenos inorganicos son atractivos porque no sufren de estas desventajas. Sin embargo, los rellenos inorganicos tienden a tener una densidad mas alta que los rellenos organicos. Adicionalmente, los rellenos inorganicos reactivos tales como el cemento Portland y el yeso son reactivos con el agua (ver, por ejemplo, la publicacion PCT WO 2004/009334), lo que puede resultar en una densidad de composicion de polfmero inestable en ambientes humedos.

La incorporacion de volumen vacfo en una composicion de polfmero orientado relleno reduce la densidad de la composicion. La patente de Estados Unidos num. 5.474.722 ('722) describe el uso de agentes de soplado con rellenos organicos y de mica (ver ejemplos 3 y 9 en '722) para reducir la densidad de una composicion de polfmero orientado. Los agentes de soplado se expanden para espumar la composicion de polfmero para establecer volumen vacfo. Las composiciones de espuma contienen agente de soplado. La formacion de espuma requiere una etapa de formacion de espuma y el control del agente espumante en el proceso.

La cavitacion es una alternativa conveniente para reducir la densidad de una composicion de polfmero orientado sin el uso de un agente de soplado. La cavitacion induce un volumen vacfo cerca de las partfculas de relleno a la vez que estira una composicion de polfmero que contiene las partfculas de relleno. Por ejemplo, la patente europea num. 1242220B1 proporciona un ejemplo de una composicion de polipropileno rellenado con relleno de madera (densidad de composicion de aproximadamente un gramo por centfmetro cubico (g/cm3)) que se estira a una velocidad de estiramiento de 48 pulgadas (122 centimetros) por minuto para obtener una composicion de polfmero orientado que tiene una densidad de 0,59 g/cm3. Las composiciones estiradas que contienen hasta un 22 por ciento en peso de relleno de mica en polipropileno revelan, ademas, volumenes vados de cavitacion de hasta 28,5 % y densidades hasta 0,76 g/cm3. (W.R. Newson y F.R. Maine, ORIENTED POLYPROPYLENE COMPOSITIONS MADE WITH MICA, folleto de la 8va Conferencia Internacional sobre Compuestos de Fibra de madera-Plastico, Madison, Wisconsin, 23-25 de mayo, 2005).

La publicacion PCT WO 2004/009334 ('334) describe la cavitacion durante la orientacion de polfmero rellenado con rellenos inorganicos reactivos tales como cemento Portland. '334 describe tanto procesos de estiramiento por troquel como de estiramiento libre. La densidad mas baja que revela '334 para una composicion de polfmero orientado por estiramiento portroquel es 0,82 g/cm3. Se informan densidades mas bajas para las composiciones por estiramiento libre

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mediante el uso de una relacion de estiramiento lineal mayor que once. Sin embargo, las composiciones orientadas por estiramiento libre que tienen una relacion de estiramiento lineal grande (mayor que once) tienden a sufrir de una fuerza de deslaminacion baja. Es dedr, se deslaminan o fibrilan mas facilmente a lo largo de la direccion de estiramiento que las composiciones por estiramiento libre que tienen una relacion de estiramiento lineal menor, asf como tambien las composiciones de estiramiento por troquel. Ademas, un proceso de estiramiento libre ofrece poco control sobre la dimension de un artfculo de estiramiento final en comparacion con los procesos de estiramiento por troquel.

El uso de relleno en una composicion de polfmero orientado es conveniente para reducir el costo de una composicion de polfmero y, ademas, para promover la cavitacion. Ambas caractensticas son atractivas para preparar composiciones de polfmero orientado que pueden servircomo alternativas a la madera en aplicaciones estructurales tales como las cubiertas compuestas donde el costo y el peso son ambos importantes. Convenientemente, las composiciones de polfmero orientado en dichas aplicaciones estructurales estan libres de las desventajas asociadas con los rellenos organicos, inestabilidad de la densidad y la composicion en presencia de humedad de las que sufren los rellenos inorganicos reactivos, densidades altas asociadas con rellenos inorganicos y una fuerza de deslaminacion baja con relaciones de estiramiento lineal altas.

Es conveniente una composicion de polfmero orientado que contiene una gran cantidad (treinta por ciento en peso o mas basado en el peso de la composicion de polfmero) de relleno inorganico inerte que tiene una densidad comparable a o menor que la madera (es dedr, menos que 0,8 g/cm3) y una resistencia y rigidez suficientes para cumplir con los codigos de construccion para su uso en aplicaciones estructurales. Ademas, resulta de interes tener tal composicion de polfmero orientado que este libre esencialmente o libre completamente de agente de soplado. Es aun mas conveniente que dicha composicion de polfmero orientado tenga una fuerza de deslaminacion de al menos 44,5 Newtons (diez libras-fuerza) para resistir la deslaminacion y la fibrilacion durante el uso.

Mida la densidad de una composicion de polfmero de acuerdo con el metodo D-792-00 de la American Society for Testing and Materials (ASTM).

Breve resumen de la invencion

La experimentacion que condujo a la presente invencion revelo sorprendentemente que el estiramiento en estado solido de una composicion de polfmero que contiene treinta por ciento en peso o mas (basado en el peso de la composicion de polfmero) de relleno inorganico inerte puede resultar en una cavitacion dentro de la composicion de polfmero suficiente para alcanzar una composicion de polfmero orientado que tiene una densidad comparable o menor que la madera (es dedr, menor que 0,8 gramos por centfmetro cubico) y un modulo suficiente para cumplir los codigos de construccion sin requerir un agente de soplado o una relacion de estiramiento lineal de once. Como resultado, los artfculos de la presente invencion disfrutan sorprendentemente los beneficios combinados de concentraciones altas de relleno (30 % en peso o mas por peso de polfmero), baja densidad (menor que 0,8 g/cm3), modulo de flexion alto (1,4 gigapascales o mas) y valores altos de fuerza de deslaminacion (44,5 Newtons (N) o mas; 10 libras-fuerza o mas) ausente tipicamente de las composiciones que tienen una relacion de estiramiento lineal mayor que once a la vez que estan virtualmente, incluso libres completamente de agente de soplado.

En un primer aspecto, la presente invencion es una composicion de polfmero orientado que comprende treinta por ciento en peso o mas y 95 por ciento en peso o menos de relleno inorganico inerte basado en el peso de composicion de polfmero orientado y una fase continua de al menos un polfmero orientable, en donde la composicion de polfmero orientado tiene: (a) una densidad de menos de 0,8 gramos por centimetro cubico de acuerdo con el metodo 792-00 de la American Society for Testing and Materials (ASTM); (b) un modulo de flexion de 1,4 gigapascales (200.000 libras por pulgada cuadrada) o mas de acuerdo con el metodo ASTM D-790-03; (c) dimensiones de seccion transversal todas mayores de 1,5 milfmetros; (d) un valor de fuerza de deslaminacion mayor que 44,5 Newtons (diez libras-fuerza); y en donde la composicion de polfmero orientado contiene menos del tres por ciento en peso de agente de soplado basado en el peso de la composicion de polfmero orientado, y en donde el relleno inorganico inerte se selecciona de talco, arcilla (por ejemplo, caolm), hidroxido de magnesio, hidroxido de aluminio, dolomita, perlas de vidrio, sflice, mica, rellenos metalicos, feldespato, wollastonita, fibras de vidrio, fibras de metal, fibras de boro, negro de carbon, nano-rellenos, carbonato de calcio, cenizas volantes y sus combinaciones. Las modalidades preferidas del primer aspecto incluyen cualquiera o la combinacion de mas de una de las caractensticas siguientes: el relleno se selecciona de un grupo que consiste de talco (lo que incluye cualquier material individual o combinacion de materiales y grados de materiales conocidos comunmente como "talco" o disponibles como talco), carbonato de calcio, arcilla y cenizas volantes; el polfmero orientable es una poliolefina; y el polfmero orientable se selecciona entre polfmeros a base de polipropileno, polfmeros a base de polietileno y cloruro de polivinilo; la composicion de polfmero orientado esta libre de agente de soplado.

En un segundo aspecto, la presente invencion es un proceso para el estiramiento en estado solido de una composicion de polfmero que comprende:

(a) proporcionar una composicion de polfmero que comprende treinta por ciento en peso o mas y 95 por ciento en peso o menos de un relleno inorganico inerte basado en el peso de la composicion de polfmero y una fase continua de al menos un polfmero orientable, y la composicion de polfmero tiene una temperatura de reblandecimiento; (b) acondicionar la temperatura de la composicion de polfmero a una temperatura de estiramiento que es de diez grados Celsius o mas por debajo de la temperatura de reblandecimiento de la composicion de polfmero; (c) estirar la composicion de polfmero a

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traves de un troquel de estiramiento a una velocidad de estiramiento de al menos 0,25 metros por minuto para alcanzar una relacion de estiramiento lineal de diez o menos; y (d) enfriar opcionalmente la composicion de poftmero despues de salir del troquel de estiramiento; en donde la composicion de poftmero comprende menos del tres por ciento de agente de soplado basado en el peso de la composicion de poftmero, y en donde el relleno inorganico inerte se selecciona de talco, arcilla (por ejemplo, caoftn), hidroxido de magnesio, hidroxido de aluminio, dolomita, perlas de vidrio, sflice , mica, rellenos metalicos, feldespato, wollastonita, fibras de vidrio, fibras de metal, fibras de boro, negro de carbon, nano-rellenos, carbonato de calcio, cenizas volantes y sus combinaciones.

Las modalidades preferidas del segundo aspecto incluyen cualquiera o una combinacion de mas de una de las caractensticas siguientes: el poftmero orientable es una poliolefina; el poftmero orientable se selecciona entre poftmeros a base de polipropileno, poftmeros a base de polietileno y cloruro de polivinilo; la velocidad de estiramiento es de 0,5 metros por minuto o mas rapida; la velocidad de estiramiento es de un metro por minuto o mas rapida; la temperatura de estiramiento es al menos quince grados Celsius mas abajo de la temperatura de reblandecimiento de la composicion de poftmero; la temperatura de estiramiento es al menos veinte grados Celsius mas abajo de la temperatura de reblandecimiento de la composicion de poftmero; la temperatura de estiramiento es de cuarenta grados Celsius o menos mas abajo de la temperatura de reblandecimiento de la composicion del poftmero; el relleno se selecciona de talco, carbonato de calcio y cenizas volantes; el relleno se presenta a una concentracion de 40 por ciento en peso o mas en relacion con el peso de la composicion de poftmero antes del estiramiento; la composicion de poftmero experimenta una relacion de estiramiento nominal de 1,25 o mas y menos de cinco; el estiramiento se realiza a traves de un troquel de estiramiento que induce un estiramiento proporcional de la composicion de poftmero; y la composicion de poftmero esta libre de agente de soplado.

Descripcion detallada de la invencion

Terminos

"Estado solido" se refiere a un poftmero (o composicion de poftmero) que esta mas abajo de la temperatura de reblandecimiento del poftmero (o composicion de poftmero). Por lo tanto, el "estiramiento en estado solido" se refiere a estirar un poftmero o composicion de poftmero que esta mas abajo de la temperatura de reblandecimiento del poftmero (o composicion de poftmero).

La "composicion de poftmero" comprende al menos un componente de poftmero y puede contener componentes no polimericos.

"Temperatura de reblandecimiento" (Ts) para un poftmero o composicion de poftmero que tiene como componentes polimericos solo uno o mas de un poftmero semicristalino es la temperatura de fusion para la composicion de poftmero.

"Temperatura de fusion" (Tm) para un poftmero semicristalino es la temperatura a mitad de un cambio de fase de cristalino a fundido segun se determina por calorimetna de barrido diferencial (DSC, por sus siglas en ingles) tras calentar un poftmero cristalizado a una velocidad de calentamiento espedfica. Determine la Tm para un poftmero semicristalino de acuerdo con el procedimiento DSC en el metodo ASTM E794-06. Determine la Tm para una combinacion de poftmeros y para una composicion de poftmero relleno tambien mediante el procedimiento DSC en las mismas condiciones de prueba en el metodo ASTM E794-06. Si la combinacion de poftmeros o composicion de poftmero relleno solo contiene poftmeros miscibles y solo es evidente un cambio de fase de cristalino a fundido en la curva DSC, entonces la Tm para la combinacion de poftmeros o composicion de poftmero relleno es la temperatura a mitad del cambio de fase. Si son evidentes cambios multiples de fase de cristalino a fundido en una curva de DSC debido a la presencia de poftmeros inmiscibles, entonces la Tm para la combinacion de poftmeros o composicion de poftmero relleno es la Tm del poftmero de fase continua. Si mas de un poftmero es continuo y estos no son miscibles, entonces la Tm para la combinacion de poftmeros o la composicion de poftmero relleno es la Tm mas alta de los poftmeros de fase continua.

"Temperatura de reblandecimiento" (Ts) para un poftmero o composicion de poftmero que tiene como componentes de poftmero solo uno o mas de un poftmero amorfo es la temperatura de transicion vftrea para la composicion de poftmero.

"Temperatura de transicion vftrea" (Tg) para un poftmero o composicion de poftmero es la temperatura a mitad de un cambio de fase de transicion vftrea determinada por DSC de acuerdo con el procedimiento en el metodo ASTM D3418- 03. Determine la Tg para una combinacion de poftmeros y para una composicion de poftmero relleno tambien por DSC en las mismas condiciones de prueba en D3418-03. Si la combinacion de poftmeros o composicion de poftmero relleno solo contiene poftmeros miscibles y solo es evidente un cambio de fase de transicion vftrea en la curva DSC, entonces la Tg de la combinacion de poftmeros o composicion de poftmero relleno es la temperatura a mitad del cambio de fase. Si son evidentes cambios de fase de transicion vftrea multiples en una curva de DSC debido a la presencia de poftmeros amorfos inmiscibles, entonces la Tg para la combinacion de poftmeros o composicion de poftmero relleno es la Tg del poftmero de fase continua. Si mas de un poftmero amorfo es continuo y estos no son miscibles, entonces la Tg para la composicion de poftmeros o composicion de poftmero relleno es la Tg mas alta de los poftmeros de fase continua.

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Si la composicion de poKmero contiene una combinacion de poKmeros semicristalinos y amorfos, la temperatura de reblandecimiento de la composicion de polfmero es la temperatura de reblandecimiento del poKmero o de la composicion de polfmero de fase continua.

El "eje de estiramiento" para un troquel es una lmea recta que se extiende en la direccion en que se mueve el centro de masa (centroide) de una composicion de polfmero a medida que se estira la composicion de polfmero.

Las "secciones transversales" en la presente descripcion son perpendiculares al eje de estiramiento a menos que la referencia a la seccion transversal lo indique de cualquier otra manera. Una seccion transversal tiene un centroide y tiene un penmetro que define una forma para la seccion transversal.

Una "dimension de seccion transversal" es la longitud de una lmea recta que conecta dos puntos en el penmetro de una seccion transversal y que se extiende a traves del centroide de la seccion transversal. Por ejemplo, una dimension de seccion transversal de una composicion de polfmero de cuatro lados rectilmeos podna ser la altura o el ancho de la composicion de polfmero.

Un artesano entiende que una composicion de polfmeros tfpicamente tiene una variacion en la temperatura a traves de su seccion transversal (es dedr, a lo largo de una dimension de seccion transversal de la composicion) durante el procesamiento. Por lo tanto, la referencia a la temperatura de una composicion de polfmeros se refiere a un promedio de la temperatura mas alta y mas baja a lo largo de una dimension de seccion transversal de la composicion de polfmero. La temperatura en dos puntos diferentes a lo largo de la dimension de seccion transversal del polfmero difiere convenientemente en 10 % o menos, preferentemente 5 % o menos, con mayor preferencia 1 % o menos, con la maxima preferencia en 0 % de la temperatura promedio de la temperatura mas alta y mas baja a lo largo de la dimension de la seccion transversal. Mida la temperatura en grados Celsius (°C) a lo largo de una dimension de seccion transversal mediante la insercion determopares en diferentes puntos a lo largo de la dimension de la seccion transversal.

La "temperatura de estiramiento" se refiere a la temperatura de la composicion de polfmero cuando comienza a experimentar estiramiento en un troquel de estiramiento en estado solido.

"Relacion de estiramiento lineal" es una medida de cuanto se alarga una composicion de polfmero en una direccion de estiramiento (direccion a la que se estira la composicion) durante un proceso de estiramiento. Determine la relacion de estiramiento lineal durante el procesamiento mediante el marcaje de dos puntos en una composicion de polfmero separada por un espaciado de composicion preorientada. Mida que tan separados estan esos dos puntos despues del estiramiento para obtener un espaciado de composicion orientada. La relacion de la separacion final con respecto a la separacion inicial identifica la relacion de estiramiento lineal.

La "relacion nominal de estiramiento" es el area superficial de seccion transversal de una composicion de polfmero previa cuando entra en un troquel de estiramiento dividido por el area de la seccion transversal del polfmero a medida que sale del troquel de estiramiento.

"Fuerza de deslaminacion" es una medida de la fuerza necesaria para deslaminar una porcion de una composicion de polfmero a lo largo de la direccion de extrusion de la composicion. Mida la fuerza de deslaminacion para una composicion de polfmero por medio de una prueba de deslaminacion aplicada a una "muestra de prueba" tomada de la composicion de polfmero.

Una "muestra de prueba" es una porcion de composicion de polfmero tomada del centro de una composicion de polfmero (es decir, el centroide de cualquier seccion transversal de la muestra de prueba corresponde a un centroide de una seccion transversal de la composicion de polfmero que contiene la seccion transversal de la muestra de prueba). La muestra de prueba tiene una longitud (orientacion de la dimension de estiramiento) de 2 centfmetros (cm) a 10 cm, ancho (dimension perpendicular a la longitud) en un intervalo de 8 mm a 12 mm, y grosor uniforme (dimension perpendicular mutuamente a la longitud y ancho) en un rango de 1,25 mm a 4 mm. Use una cuchilla afilada para cortar una muesca lo mas angosta posible en un plano que contiene las dimensiones de longitud y grosor, centrado en la dimension de anchura y que se extiende a una longitud de muesca de 5 a 12 mm en la dimension de longitud de la muestra. Las dos lenguetas a cada lado de la muesca que se extiende en la dimension de longitud y que tienen anchuras iguales de la composicion de polfmero orientado a cada lado de la muesca.

Realice la prueba de deslaminacion despues de acondicionar la muestra de prueba a 23 °C y 50 % de humedad relativa, al separar las pestanas a una velocidad de 0,2 pulgadas por minuto en la dimension de anchura de la muestra de prueba (perpendicular al plano de la muesca). Agarre cada lengueta cerca de un extremo de la muestra de prueba de manera que la distancia desde el centro del agarre hasta el extremo del interior de la muesca a la muestra de prueba defina una longitud de muesca. Mida la fuerza aplicada a las pestanas hasta que las pestanas se desconecten entre sf en piezas distintas. La fuerza maxima medida antes de desconectar las pestanas es la "fuerza pico". Determine la Fuerza de Deslaminacion (DF, por sus siglas en ingles) para la muestra de prueba de acuerdo con la ecuacion siguiente:

DF = (Fuerza pico) (longitud de la muesca) / (Prueba de grosor de la muestra)

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Cuanto mas fuerza se requiere para deslaminar completamente las pestanas, mayor es el valor de la fuerza de deslaminacion y la integridad estructural para la composicion de polfmero.

Composicion de polfmero orientado

La presente invencion, en un aspecto, es una composicion de polfmero orientado. Una composicion de polfmero orientado comprende moleculas de polfmero que tienen un mayor grado de orientacion molecular que la de una composicion de polfmero extrudida a partir de un mezclador. Tfpicamente, una composicion de polfmero orientado requiere una etapa de procesamiento espedfica disenada con el proposito de orientar la composicion de polfmero (porejemplo, estiramiento en estado solido o extrusion de piston a traves de un troquel convergente) para convertir una composicion de polfmero en una composicion de polfmero orientado.

La composicion de polfmero orientado de la presente invencion comprende una fase continua de uno o mas polfmeros orientables. Tfpicamente, 90 por ciento en peso (% en peso) o mas, mas rtpicamente, 95 % en peso o mas de los polfmeros en la composicion de polfmero son polfmeros orientables. Todo el polfmero en la composicion de polfmero puede ser orientable. Mida el % en peso basado en el peso total del polfmero en la composicion de polfmero orientado. Todos los polfmeros en la composicion de polfmero orientado pueden ser polfmeros orientables.

Un polfmero orientable es un polfmero que puede experimentar alineacion de polfmero. Los polfmeros orientables pueden ser amorfos o semicristalinos. En la presente descripcion, los polfmeros "semicristalinos" y "cristalinos" se refieren indistintamente a polfmeros que tienen una temperatura de fusion (Tm). Los poKmeros orientables convenientes son uno o mas de un polfmero semicristalino, particularmente polfmeros de poliolefina (poliolefinas). Las poliolefinas tienden a experimentar facilmente cavitacion en combinacion con pardculas de relleno, debido presumiblemente a que las poliolefinas son no polares relativamente y, como tales, se adhieren menos facilmente a las pardculas de relleno. Los polfmeros lineales (es dear, polfmeros en los que la ramificacion de la cadena se produce en menos de 1 de 1.000 unidades monomericas tales como polietileno lineal de densidad baja) son incluso mas convenientes.

Los polfmeros orientables adecuados incluyen polfmeros y copolfmeros basados en poliestireno, policarbonato, polipropileno, polietileno (por ejemplo, densidad alta, densidad muy alta y polietileno de densidad ultra alta), cloruro de polivinilo, polimetilpentano, politetrafluoroetileno, poliamidas, poliesteres (por ejemplo, tereftalato de polietileno) y polfmeros a base de poliester, policarbonatos, oxido de polietileno, polioximetileno, fluoruro de polivinilidina y polfmeros de cristal lfquido y sus combinaciones. Un primer polfmero esta "basado en" un segundo polfmero si el primer polfmero comprende el segundo polfmero. Por ejemplo, un copolfmero de bloque se basa en los polfmeros que comprenden los bloques. Los polfmeros orientables convenientes particularmente incluyen polfmeros basados en polietileno, polipropileno y poliesteres. Los polfmeros orientables convenientes mas particularmente incluyen polietileno lineal quetiene un Pm de 50.000 a 3.000.000 g/mol; especialmente de 100.000 a 1.500.000 g/mol, incluso de 750.000 a 1.500.000 g/mol.

Una clase preferida de poliesteres (y polfmeros a base de poliester) son aquellos que son derivables de la reaccion de al menos un alcohol polilddrico, adecuadamente un alcohol polilddrico lineal, preferentemente un diol tal como un diol lineal C2 a C6 con al menos un acido polibasico, adecuadamente un acido policarboxflico. Los ejemplos de poliesteres adecuados incluyen 2,6-naftalato de polietileno, 1,5-naftalato de polietileno, 1,2-dihidroxibenzoato de politetrametileno, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno y copoliesteres, especialmente de terftalato de etileno.

Los polfmeros a base de polipropileno (PP) (es dear, polfmeros basados en PP) son un ejemplo de polfmeros orientables convenientes para su uso en la presente invencion. Los polfmeros a base de PP generalmente tienen una densidad menor que otros polfmeros de poliolefina orientables. Por lo tanto, los polfmeros a base de PP facilitan ardculos mas ligeros que otros polfmeros de poliolefina orientables. Los polfmeros a base de PP ofrecen, ademas, una estabilidad termica mayor que otros polfmeros de poliolefina orientables. Por lo tanto, los polfmeros a base de PP tambien pueden formar ardculos orientados que tienen una mayor estabilidad termica que los artfculos orientados de otros polfmeros de poliolefina.

Los polfmeros adecuados a base de PP incluyen Ziegler Natta, metaloceno y polipropileno postmetaloceno. Los polfmeros a base de PP adecuados incluyen homopolfmero de PP; copolfmero aleatorio de PP (con etileno u otra alfa-olefina presente de 0,1 a 15 por ciento en peso de monomeros); copolfmeros de impacto de PP con una matriz de homopolfmero de PP o copolfmero aleatorio de pP de 50 a 97 por ciento en peso (% en peso) basado en peso de copolfmero de impacto y con goma de copolfmero de etileno propileno presente a 3 a 50 % en peso basado en peso de copolfmero de impacto preparado en reactor o un modificador de impacto o goma de copolfmero aleatorio preparado por copolimerizacion de dos o mas alfa olefinas preparadas en el reactor; copolfmero de impacto de PP con una matriz de homopolfmero PP o copolfmero aleatorio PP para 50 a 97 % en peso del peso del copolfmero de impacto y con goma de copolfmero de etileno- propileno presente de 3 a 50 % en peso del copolfmero de impacto de peso anadido mediante composicion u otra goma (modificador de impacto) preparada por copolimerizacion de dos o mas alfa olefinas (tales como etileno-octeno) por catalisis de Zeigler-Natta, metaloceno, o de un solo sitio, anadida mediante composicion tal como, pero sin limitarse a, un proceso de extrusion de doble tornillo. Es conveniente usar un polfmero a base de PP que tenga un regimen de flujo de

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fusion de 0,8 a 8, preferentemente de 2 a 4, con mayor preferencia de 2 a 3. Ademas, es conveniente usar un poUmero a base de PP que tenga 55 a 70 %, preferentemente 55 a 65 % de cristalinidad.

El PP puede estabilizarse por ultravioleta (UV), y convenientemente tambien puede modificarse por impacto. El PP particularmente conveniente se estabiliza con estabilizadores organicos. El PP puede estar libre de pigmento de dioxido de titanio para alcanzar la estabilizacion por UV, lo que permite de esta manera el uso de menos pigmentos para alcanzar un espectro completo de colores. Una combinacion de fotoestabilizadores de tipo amina impedida (HALS) de peso molecular bajo y peso molecular alto son aditivos convenientes para impartir estabilizacion Uv al PP. Los ejemplos adecuados de estabilizadores disponibles comercialmente incluyen IRGASTAB™ FS 811, IRGASTAB™ FS 812 (IRGASTAB es una marca comercial de Ciba Specialty Chemicals Corporation). Un sistema estabilizador conveniente particularmente contiene una combinacion de IRGASTAB™ FS 301, TINUVIN™ 123 y CHIMASSORB™ 119. (TINUVIN y CHIMASSORB son marcas comerciales de Ciba Specialty Chemicals Corporation).

La composicion de polfmero orientado comprende, ademas, un relleno inorganico inerte. Los materiales inorganicos no sufren todas las desventajas de los rellenos organicos. Los rellenos organicos incluyen materiales celulosicos tales como fibra de madera, polvo de madera y harina de madera y son susceptibles incluso dentro de una composicion de polfmero al blanqueo del color cuando se exponen al sol, y a la descomposicion, moho y hongos cuando se exponen a la humedad. Sin embargo, los rellenos inorganicos son mas densos generalmente que los rellenos organicos. Porejemplo, los rellenos inorganicos inertes para su uso en la presente invencion tienen tfpicamente una densidad de al menos dos gramos por centimetro cubico. Por lo tanto, las composiciones de polfmeros que comprenden rellenos inorganicos deben contener mas volumen vacfo que una composicion de polfmero que comprende el mismo volumen de rellenos organicos para alcanzar la misma densidad de composicion de polfmero. Sorprendentemente, puede producirse una cavitacion suficiente durante el estiramiento por troquel para alcanzar una composicion de polfmero orientado que tenga una densidad de menos de 0,8 gramos por centimetro cubico, incluso cuando la composicion de polfmero contenga 30 % en peso o mas de relleno inorganico.

Los rellenos inorganicos son reactivos o inertes. Los rellenos reactivos, tales como el cemento Portland y el yeso, experimentan una reaccion qrnmica en presencia de agua. Los rellenos inertes no experimentan tal reaccion qrnmica en presencia de agua. Se usan rellenos inertes en la presente invencion para alcanzar una densidad de composicion de polfmero estable debido a que los rellenos reactivos atraen y reaccionan con el agua, lo que provoca cambios en la densidad de la composicion de polfmero. Los rellenos inorganicos inertes usados en la presente invencion incluyen talco, arcilla (por ejemplo, caolm), hidroxidos de magnesio, hidroxidos de aluminio, dolomita, perlas de vidrio, sflice, mica, rellenos metalicos, feldespato, wollastonita, fibras de vidrio, fibras de metal, fibras de boro, negro de carbon, nanorellenos, carbonato de calcio y cenizas volantes. Los rellenos inorganicos inertes convenientes particularmente incluyen talco, carbonato de calcio, arcilla y cenizas volantes. El relleno inorganico puede ser una o una combinacion de mas de un relleno inorganico. Mas particularmente, un relleno inorganico inerte puede ser cualquier relleno inorganico inerte o cualquier combinacion de mas de un relleno inorganico inerte.

Un objeto de la presente invencion es alcanzar un volumen vacfo en una composicion de polfmero que contiene un relleno inorganico inerte, principalmente, si no exclusivamente, a traves de cavitacion en lugar de por medio de un agente espumante. La cavitacion es un proceso por el cual se forma volumen vacfo cerca de partfculas de relleno durante un proceso de estiramiento a medida que el polfmero se aleja de la partfcula de relleno. La cavitacion es un medio para introducir volumen vacfo en una composicion de polfmero orientado sin tener que usar un agente de soplado. La composicion de polfmero orientado de la presente invencion contiene menos de tres % en peso, preferentemente menos de dos % en peso, con mayor preferencia menos de un % en peso, aun con mayor preferencia menos de 0,5 % en peso de agente de soplado y puede estar libre de agente de soplado. En la presente descripcion, "agente de soplado" incluye agentes de soplado qrnmicos y productos de descomposicion a partir de estos. Mida el % en peso de agente de soplado con relacion al peso total de la composicion de polfmero orientado.

Generalmente, el grado de cavitacion (es dear, la cantidad de volumen vacfo introducido debido a la cavitacion) es directamente proporcional a la concentracion del relleno. El aumento de la concentracion de relleno inorganico aumenta la densidad de una composicion de polfmero, pero tambien tiende a aumentar la cantidad de volumen vacfo resultante de la cavitacion. Las modalidades convenientes particularmente de la presente composicion de polfmero orientado tienen 30 por ciento en volumen (% en volumen) o mas, preferentemente 40 % en volumen o mas, con mayor preferencia 50 % en volumen o mas de volumen vacfo basado en el volumen total de la composicion de polfmero. Mas convenientemente, el volumen vacfo se debe principalmente, si no exclusivamente, a la cavitacion. La ausencia de agente de soplado indica que el volumen vacfo se debe a la cavitacion.

Tfpicamente, la composicion de polfmero orientado de la presente invencion contiene 30 % en peso o mas, preferentemente 40 % en peso o mas, y con mayor preferencia 45 % en peso o mas relleno. El relleno puede estar presente en una cantidad de 60 % en peso o mas, incluso 70 % en peso o mas. Generalmente, la cantidad de relleno es del 95 % en peso o menos para alcanzar la integridad estructural. Determine el % en peso de relleno basado en el peso total de la composicion de polfmero orientado.

La composicion de polfmero orientado de la presente invencion tiene una densidad de menos de 0,8 g/cm3, preferentemente 0,75 g/cm3 o menos, con mayor preferencia 0,7 g/cm3 o menos. Medir la densidad de la composicion del

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poKmero orientado de acuerdo con el metodo 792-00 de la American Society for Testing and Materials (ASTM). Es conveniente una densidad inferior a 0,8 g/cm3 para alcanzar una densidad similar o inferior a la de los materiales de madera, que se usan comunmente en mercados para los que la composicion de polfmero orientado de la presente invencion es util. Tener una densidad similar o inferior a la de la madera es conveniente para alcanzar una manipulacion facil durante el envfo y el uso. A ese respecto, una composicion de menor densidad es mas conveniente que una composicion de mayor densidad siempre y cuando la composicion de menor densidad tenga una rigidez suficiente.

Uno de los descubrimientos sorprendentes de la presente invencion es que puede producirse una cavitacion suficiente mediante el uso de un relleno inorganico inerte para alcanzar una composicion de polfmero orientado que tenga una densidad de menos de 0,8 g/cm3 a pesar de tener una concentracion relativamente alta del relleno inorganico inerte de densidad alta a la vez que tiene, ademas, una relacion de estiramiento lineal de diez o menos, incluso ocho o menos, incluso cinco o menos cuando se usa un proceso de estiramiento portroquel. El aumento de la relacion de estiramiento lineal resulta en composiciones de polfmero mas altamente orientados en la dimension de estiramiento y una mayor cavitacion (por lo tanto, un aumento de volumen vado). Sin embargo, el aumento de la relacion de estiramiento lineal disminuye, ademas, la integridad estructural en un artfculo orientado, que se manifiesta por una disminucion en la fuerza de deslaminacion en la dimension de estiramiento. La fibrilacion de la composicion orientada en hebras que se extienden en la direccion de estiramiento (dimension de estiramiento) puede producirse cuando la orientacion se vuelve extrema y la fuerza de deslaminacion demasiado baja. La presente invencion proporciona composiciones de polfmero orientado que disfrutan de un beneficio de volumenes vados de cavitacion alta sin sufrir la desventaja de la resistencia baja a la deslaminacion debido a las relaciones de estiramiento lineal de once o mas. Las composiciones de polfmero orientado rellenas de la presente invencion tienen valores de fuerza de deslaminacion superiores a 44,5 Newtons (N) (diez libras- fuerza). La fuerza de deslaminacion es convenientemente 50 N (11,2 libras-fuerza) o mayor, preferentemente 75 N (16,8 libras-fuerza) o mayor, con mayor preferencia 100 N (22,5 libras-fuerza) o mayor y aun con mayor preferencia 150 N (33,7 libras-fuerza) o mayor.

La rigidez de una composicion de polfmero es importante, ademas, para cumplir los codigos de construccion para ciertos usos finales para composiciones de polfmero orientado de la presente invencion. Mida la rigidez como el modulo de flexion (modulo de elasticidad) de acuerdo con el metodo D-790-03 de la ASTM. Las composiciones de polfmero orientado de la presente invencion, en combinacion con tener una densidad de menos de 0,8 g/cm3, tienen un modulo de flexion de 1,4 gigapascales (GPa) (200,000 libras por pulgada cuadrada (psi)) o mayor, preferentemente 2,1 GPa (300,000 psi) o mayor, con mayor preferencia 2,8 GPa (400,000 psi) o mayor. Es conveniente un modulo de flexion de 1,4 GPa o mas para cumplir con los requerimientos del codigo de tableros para terraza que requieren una rigidez de tablero suficiente para que el tablero demuestre una desviacion de menos de 0,09 pulgadas con un peso de 100 libras por pie cuadrado distribuido en un tramo de 16 pulgadas. (ver, por ejemplo, el requerimiento AC174 del International Code Council - Evaluation Services (ICC-ES) titulado: Criterios de aceptacion para las Calificaciones de Tableros de Cubierta y Sistemas de Barandilla). Es conveniente aumentar el modulo de flexion para alcanzar una rigidez aun mayor del tablero para soportar de forma segura mas peso del que requiere el codigo.

Todas las dimensiones de la seccion transversal de las composiciones de polfmero orientado de la presente invencion son superiores a 1,5 milfmetros (mm), y tfpicamente son de 3 mm o mas, mas tfpicamente de 5 mm o mayores. Dichas composiciones de polfmero tienen areas de seccion transversal relativamente grandes que las distinguen de pelfculas y fibras. Estirar una composicion de polfmero con una dimension de seccion transversal relativamente grande (es decir, area de seccion transversal grande) tiene desaffos que el proceso de estiramiento de pelfcula no tiene debido a las diferencias de ventana de procesamiento. Por ejemplo, la estiramiento de la pelfcula puede producirse a temperaturas mucho mas bajas que los artfculos de seccion transversal grande. Las tensiones de estiramiento necesarias para estirar pelfculas son mucho mas bajas que para artfculos de seccion transversal grande. Como resultado, es mas probable que un proceso de estiramiento exceda el esfuerzo de ruptura para artfculos de seccion transversal mas grandes que para pelfculas.

Ademas, alcanzar una tension de estiramiento suficiente para inducir bastante cavitacion para alcanzar una densidad de menos de 0,8 g/cm3 es mas desafiante a medida que aumentan las dimensiones de la seccion transversal de la composicion de polfmero. No obstante, el proceso de la presente invencion (descrito mas abajo) supera cada uno de estos retos con composiciones de polfmero que exceden las dimensiones de una pelfcula con el fin de producir la composicion de polfmero orientado de la presente invencion.

Las composiciones de polfmero orientado de la presente invencion tienen convenientemente un grado bajo de conectividad entre los espacios vados que resultan de la cavitacion. La conectividad proporciona comunicacion fluida entre espacios vados y puede facilitar la acumulacion de fluido (por ejemplo, humedad) dentro de la composicion. Esto, a su vez, puede provocar un aumento inconveniente en la densidad de la composicion de polfmero orientado, o fluctuaciones en la densidad en dependencia de la humedad. Convenientemente, menos del 75 %, preferentemente menos del 50 %, con mayor preferencia menos del 25 %, aun con mayor preferencia menos del 10 % del volumen vado debido a la cavitacion es accesible por el agua. Mas convenientemente, menos del 5 %, incluso menos del 1 % del volumen vado es accesible por agua. Mida la accesibilidad por el agua mediante la inmersion de una composicion de polfmero en agua y mediante el registro de su cambio en la densidad con el tiempo. La captacion de agua en los espacios vados (lo que indica interconectividad) es evidente por un aumento en la densidad despues de la inmersion en agua. En

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una modalidad conveniente particularmente, se aplican los mismos valores de accesibilidad despues de colocar la composicion de poffmero orientado en una olla a presion.

La composicion de poffmero orientado de la presente invencion puede tener cualquier forma de seccion transversal concebible lo que incluye elipse circular o no circular, oval, triangulo, cuadrado, rectangulo, pentagono, hexagono, ojo de cerradura, puerta de arco, o cualquier otro perfil util como moldura de madera o como componentes de terraza (por ejemplo, barandas, tableros, husillos).

Proceso de estiramiento en estado solido

Un segundo aspecto de la presente invencion es un proceso de estiramiento en estado solido para producir la composicion de poffmero orientado del primer aspecto. Un proceso de estiramiento en estado solido implica tirar de (es dear, estirar) una composicion de poffmero que comprende un poffmero orientable con fuerza suficiente como para inducir la alineacion de las moleculas de poffmero en la composicion de poffmero. Es conveniente alinear moleculas de poffmero (es dear, orientacion del poffmero u "orientacion") para potenciar la resistencia y el modulo (rigidez) de una composicion de poffmero. El proceso de estiramiento puede, ademas, inducir la cavitacion en una composicion de poffmero rellena, lo que reduce de esta manera la densidad de la composicion de poffmero.

El proceso de estiramiento en estado solido de la presente invencion implica estirar una composicion de poffmero que contiene un relleno inorganico inerte y una fase continua de uno o mas poffmeros orientables. La composicion de poffmero es la misma que la descrita anteriormente para la composicion de poffmero orientado. La orientacion y la cavitacion del compuesto polimerico se producen mientras se estira la composicion de poffmero en el presente proceso.

Condicione la composicion de poffmero que comprende el relleno inorganico inerte y el poffmero orientable a una temperatura de estiramiento (Td) antes del estiramiento.

La temperatura de estiramiento es mas de diez grados Celsius (°C) mas abajo de la Ts de la composicion de poffmero. La temperatura de estiramiento puede ser de quince °C o mas, veinte °C o mas, treinta °C o mas, incluso cuarenta °C o mas por debajo de la Ts de la composicion de poffmero. La cavitacion no se producira en un grado significativo si la temperatura de estiramiento esta por encima de la Ts de la composicion de poffmero orientable. El presente proceso requiere estirar a una temperatura de mas de diez °C mas abajo de la Ts para alcanzar una cavitacion suficiente para lograr una densidad final de 0,8 gramos por centimetre cubico (g/cm3) para la composicion de poffmero orientado.

Generalmente, la temperatura de estiramiento es de cuarenta °C o menos mas abajo de la Ts de la composicion de poffmero. Estirar una composicion de poffmero a una temperatura de estiramiento de mas de cuarenta °C por debajo de su Ts requiere velocidades de estiramiento menores que las convenientes economicamente para evitar fracturas.

Convenientemente, 50 por ciento en peso (% en peso) o mas, mas convenientemente 90 % en peso o mas de los poffmeros en una composicion de poffmero tienen una Tm. Mas convenientemente, todos los poffmeros en la composicion de poffmero tienen una Tm.

El presente proceso es un proceso de estiramiento portroquel. Eso significa que el estiramiento se produce a traves de un troquel de estiramiento en estado solido a la temperatura de estiramiento. Un proceso de estiramiento portroquel esta en contraste con un proceso de estiramiento libre. En un proceso de estiramiento libre, una composicion de poffmero se separa de cualquier restriccion ffsica. El estiramiento libre ofrece poco control sobre el tamano y la forma de la composicion del poffmero final despues del estiramiento, aparte de controlar la forma de la composicion del poffmero antes del estiramiento. Tfpicamente, una composicion de poffmero estirada libre tiene una forma en seccion transversal proporcional a su forma de seccion transversal antes del estiramiento. El presente proceso utiliza un troquel de estiramiento para alcanzar un mejor control y para permitir el estiramiento a una forma de seccion transversal diferente en la composicion de poffmero despues del estiramiento en comparacion con antes del estiramiento. El proceso de estiramiento puede ser por lotes (por ejemplo, mediante el estiramiento de barras de poffmero discretos) o continuo (por ejemplo, mediante el estiramiento de una alimentacion continua de composicion de poffmero desde un extrusor).

Un troquel de estiramiento proporciona una restriccion ffsica que ayuda a definir el tamano y la forma de una composicion de poffmero al dirigir el movimiento del poffmero durante el proceso de estiramiento. El estiramiento portroquel se produce mediante el acondicionamiento de una composicion de poffmero a una temperatura de estiramiento y despues tirar de una composicion de poffmero a traves de un canal de conformacion en un troquel de estiramiento. El canal de conformacion constrine la composicion de poffmero en al menos una dimension lo que causa que la composicion de poffmero se estire en una forma de seccion transversal general. Los procesos de estiramiento por troquel proporcionan ventajosamente un mayor control en la conformacion de una composicion de poffmero durante un proceso de estiramiento que el disponible en un proceso de estiramiento libre.

El presente proceso no se limita a un troquel de dibujo espedfico. Sin embargo, la presente invencion emplea ventajosamente un troquel de estiramiento sustancialmente proporcional. Un troquel de estiramiento sustancialmente proporcional dirige el estiramiento de una composicion de poffmero de tal manera que se alcanza una composicion de poffmero orientado que tiene una forma de seccion transversal proporcional a la de la composicion de poffmero que entra

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en el troquel de estiramiento proporcional. Dicho troquel equilibra las fuerzas del poUmero dirigidas hacia un centroide de seccion transversal del poUmero de manera que las variaciones en la composicion del poKmero o las condiciones de procesamiento no afecten a la forma de la composicion de polfmero orientado final. Por lo tanto, dicho troquel de estiramiento proporciona ventajosamente un control predecible sobre la forma de la composicion de polfmero final a pesar de los cambios en la composicion del polfmero o en las condiciones del proceso de estiramiento.

Estire la composicion del polfmero a traves de un troquel de estiramiento a una velocidad de estiramiento espedfica. La velocidad de estiramiento es fundamental para determinar la densidad y el modulo de una composicion de polfmero orientado resultante. Las velocidades de estiramiento mas rapidas pueden inducir ventajosamente mas cavitacion (por lo tanto, producir un producto de menor densidad) generar un mayor grado de orientacion (modulo mas alto) y generalmente proporcionan un proceso mas eficiente desde el punto de vista economico. La velocidad de estiramiento es una velocidad lineal en la que la composicion de polfmero sale de un troquel de estiramiento en una direccion de estiramiento.

Parte del presente descubrimiento sorprendente es que para alcanzar una densidad de menos de 0,8 g/cm3 por medio de la cavitacion y un modulo de 1,4 GPa (200.000 psi), el proceso debe usar una velocidad de estiramiento de 0,25 metros por minuto (m/min) o mas rapido, convenientemente, la velocidad de estiramiento es 0,5 m/min o mas rapida, preferentemente un m/min o mas rapida, y con mayor preferencia dos m/min o mas rapida. Un lfmite superior para la velocidad de estiramiento se limita principalmente por la fuerza de estiramiento necesaria para alcanzar una velocidad de estiramiento espedfica. La fuerza de estiramiento debena ser menor que la resistencia a la traccion de la composicion de polfmero a la temperatura de estiramiento para evitar la fractura de la composicion de polfmero. Tfpicamente, la velocidad de estiramiento es de 30,5 metros por minuto o mas lenta, mas tfpicamente de nueve metros por minuto o mas lenta.

Otra parte del presente descubrimiento es que es posible una cavitacion suficiente para proporcionar una composicion de polfmero con una densidad inferior a 0,8 g/cm3 y un modulo de flexion de 1,4 GPa o superior mediante el uso de una relacion de estiramiento lineal de diez o menos, incluso ocho o menos, incluso cinco o menos. El documento WO2004/009334 describe composiciones de polfmero orientado que contienen rellenos inorganicos reactivas y sus ejemplos ilustran una composicion de polfmero orientado que tiene una densidad inferior a 0,8 g/cm3 solo cuando se usa un proceso de estiramiento libre que implementa una relacion de estiramiento lineal superior a 11. Una muestra con una relacion de estiramiento lineal tan alta tendra una fuerza de deslaminacion inconvenientemente baja (ver, por ejemplo, los ejemplos comparativos M-P mas abajo).

La presente invencion usa idealmente una relacion de estiramiento nominal de 1,25 o mas y puede emplear una relacion de estiramiento nominal de 1,5 o mas, dos o mas, tres o mas, cuatro o mas, cinco o mas, incluso seis o mas. Son convenientes relaciones de estiramiento nominal mas altas para alcanzar una mayor orientacion del polfmero. El aumento de la orientacion del polfmero aumenta la resistencia y la rigidez de la composicion de polfmero. Sin embargo, el aumento de la relacion de estiramiento nominal aumenta tambien la relacion de estiramiento lineal. Por lo tanto, es conveniente usar una relacion de estiramiento nominal que sea 8 o menos, preferentemente 6 o menos, con mayor preferencia 5 o menos, aun con mayor preferencia 4 o menos con el fin de maximizar la integridad estructural de la composicion de polfmero orientado. La relacion de estiramiento nominal puede ser de 3 o menos, incluso 2 o menos.

EJEMPLOS

Los ejemplos siguientes sirven para ilustrar adicionalmente las modalidades de la presente invencion.

Preparacion de composiciones de polfmero Tabla 1. Composiciones de polfmeros iniciales

Composicion: Ts (°C) de la composicion del polfmero Polimero Relleno

(a): 163 Copolfmero aleatorio de polipropileno- etileno nucleado que tiene un 0,5 % en peso de componente de etileno y un mdice de fluidez en estado fundido de 3 (por ejemplo, INSPIRE™ D404.01, INSPIRE es una marca registrada de The Dow Chemical Company) 46 % en peso de composicion de talco basada en el peso total de la composicion. La composicion de talco es 50-60 % en peso de talco y 40-50 % en peso de carbonatos de magnesio que tienen un diametro medio de 16,4 micras. ((por ejemplo, TC-100 de Luzenac)

(b): 163 [igual que (a)] 46 % en peso de carbonato de calcio que tiene un tamano de partfcula medio de 1,1 micras, con % en peso basado en el peso total de la composicion (por ejemplo,Supercoat de Imersys)

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Composicion: Ts (°C) de la composicion del polfmero Polimero Relleno

(c): 148 Copolfmero aleatorio de polipropileno-etileno que tiene 3,2 % en peso de etileno y un mdice de fluidez en estado fundido de 1,9 (por ejemplo,6D83K de The Dow Chemical Company). 46 % en peso de cenizas volantes como se recibio de Headwaters Resources (por ejemplo, Clase F de Headwaters Resources)

(d): 148 [igual que (c)] [igual que (a)]

(e): 160 Homopolfmero de polipropileno con un mdice de fluidez en estado fundido de 2,8 (por ejemplo, 5D37 de The Dow Chemical Company). [igual que (a)]

(f): 163 [igual que (a)] 50 % en peso de cemento Portland

(g): 163 [igual que (a)] 40 % en peso de cemento Portland

Prepare las composiciones de poKmero "a" hasta "g" (descritas en la Tabla 1) mediante el procedimiento siguiente: combine el polfmero y el relleno mediante el uso de un extrusor de mezcla adecuado, por ejemplo, un mezclador continuo Farrell (FCM, por sus siglas en ingles) o un extrusor de doble tornillo de rotacion conjunta. Alimente el polfmero y el relleno a la relacion de peso especificada atraves de alimentadores de perdida de peso estandar. Funda el polfmero en el extrusor de mezcla y mezcle el relleno en la matriz de polfmero para formar una mezcla polfmero/relleno. Alimente la mezcla polfmero/relleno desde el extrusor de mezcla a un dispositivo de bombeo adecuado (por ejemplo, un extrusor de tornillo unico o bomba de engranajes) y despues a traves de un troquel de hilo de multiples orificios para producir multiples hilos de la mezcla polfmero/relleno. Enfrie los hilos bajo el agua y cortelos en granulos.

Para las composiciones (a)-(e), vuelva a extrudir los granulos hacia una barra de composicion de polfmero. Alternativamente, la mezcla polfmero/relleno puede bombearse directamente desde el dispositivo de bombeo atraves de un troquel para perfil y despues enfriarse para producir una barra de composicion de polfmero sin formacion de granulos y volver a extrudir. Como aun otra alternativa, la mezcla polfmero/relleno puede bombearse directamente desde el dispositivo de bombeo, a traves de un troquel para perfil, enfriarse a una temperatura de estiramiento y despues ser estirada a una composicion de polfmero orientado.

Para las composiciones (f) y (g), moldee por inyeccion la composicion en una probeta de traccion tipo 1 norma ASTM D- 790 para su uso en los ejemplos comparativos (Ejs Comp) M-P.

Procedimiento de estiramiento

Ejemplos (Ejs) - Composiciones a escala mas pequena

Frese una barra de la composicion de polfmero que corresponde al ejemplo deseado para tener dimensiones de seccion transversal que coincidan con la relacion de estiramiento nominal para un ejemplo espedfico. La Tabla 2 proporciona las dimensiones de las barras para las relaciones de estiramiento nominal correspondientes. Frese una lengueta inicial en un extremo de cada barra que sea mas pequena en dimension que cualquier punto en el canal de conformacion y mas largo que la longitud del troquel. La lengueta se extiende a traves del troquel para unir un actuador para tirar del resto de la barra a traves del troquel.

Tabla 2. Dimensiones de la barra fresada

Relacion de estiramiento nominal: Anchura de la barra fresada cm (pulgada) Altura de la barra fresada cm (pulgada)

2: 1,80 (0,707) 0,450 (0,177)

4: 2,54 (1,0) 0,635 (0,25)

Estire los ejemplos 1(a)-1(f) mediante el uso de un troquel proporcional con una abertura de salida de troquel de 1,27 cm (0,5") x 0,3175 cm (0,125") y un canal de conformacion rectangular que tenga dimensiones de seccion transversal sustancialmente proporcionales entre sf Las paredes que abarcan la altura del canal convergen en un angulo de 15 ° para reducir el ancho, mientras que las paredes que abarcan la dimension del ancho convergen en un angulo de 3,83 ° para reducir la altura. Este troquel se describe e ilustra adicionalmente en una solicitud de patente de los Estados Unidos que tiene el numero de serie 60/858.122 y que se titula TROQUEL DE ESTIRAMIENTO SUSTANCIALMENTE

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PROPORCIONAL PARA COMPOSICIONES DE POLIMEROS (ver, Descripcion del troquel proporcional en los ejemplos). La abertura del canal del troquel tiene una seccion transversal que es mas grande y proporcional a la seccion transversal de la barra que ingresa al canal del troquel, asf como tambien a la abertura de salida del troquel.

Acondicione cada barra a una temperatura de estiramiento antes del estiramiento a traves del troquel de estiramiento. Estire una barra a traves del troquel de estiramiento mediante la extension de la lengueta inicial a traves del troquel de estiramiento, sujete la lengueta con un actuador y despues tire de la barra a traves del troquel de estiramiento mediante el uso de un probador hidraulico MTS, numero de modelo 205. Centre la barra en el canal de conformacion del troquel. Estire la barra primero lentamente para orientar el borde delantero y despues llevelo a una velocidad de estiramiento espedfica mientras mantiene el troquel a la temperatura de estiramiento. La composicion de polfmero estirada representa el Ejemplo o el Ejemplo Comparativo.

Cada uno de los ejemplos comparativos A-I y los ejemplos 1(a)-1(f) tiene una seccion transversal rectangular con un ancho de 9-10 mm y una altura de 2,1-2,6 mm y tiene menos del 5 % del volumen vado accesible por agua en una prueba de inmersion en agua.

Tabla 3.

Ej: Comp. de polfmero Temp. de estiramiento °C mas abajo de la Ts de la composicion de polfmero NDR1 Velocidad de estiramiento cm/min LDR2 Densidad orientada g/cm3 Modulo de flexion GPa Fuerza de deslaminacion N (libras-fuerza)

< Q. E _, o LU O: a 10 4 2.54 5.7 1.09 4.6 NM*

Ej Comp B: a 10 4 25.4 7.3 0.95 4.2 NM*

O Q. E _, o LU O: a 10 4 127 9.9 0.82 3.9 NM*

Q Q. E _, o LU O: a 10 4 254 10.1 0.84 3. 7 NM*

LU Q_ E __ o LU O: a 10 4 508 9 .7 0.85 3.6 NM*

LL Q_ E ___ o LU O: a 20 4 2.54 7.2 0.89 4.2 49,4 (11,1)

CD Q. E __, o LU O: a 20 4 25.4 9 .7 0.82 4.9 54,3 (12,2)

1(a): a 20 4 50.8 10.3 0, 79 5.0 51,6 (11,6)

1(b): a 20 4 101 11.6 0, 75 5.5 99,6 (22,4)

1(c): a 20 4 127 12.8 0, 73 5.3 70,3 (15,8)

X Q. E _, o LU O: a 30 4 2.54 6 .7 0.93 4.0 187 (42)

1(d): a 30 4 25.4 9 .7 0, 75 4.5 84,5 (19)

Ej Comp I: a 30 4 127 13.6 0.65 6.6 28 (6,3)3

1(e): a 30 4 254 14.4 0.68 NM* 82,7 (18,6)

1(f): a 30 4 508 13.7 0.69 NM* 73,4 (16,5)

*"NM" significa "no medida" 1 NDR (por sus siglas en ingles) es "relacion de estiramiento nominal" 2 LDR (por sus siglas en ingles) es "relacion de estiramiento lineal" 3 Se espera que este valor bajo de deslaminacion sea un valor atfpico, tal vez debido a un vado(s) no observado(s) en el centro de la muestra. La tendencia en las muestras 1(d)-1(e) sugiere que este valor debena estar entre 84,5 y 82,7 Newtons. Sin embargo, tal como se midio, este valor de deslaminacion esta fuera de nuestro intervalo reivindicado y, por lo tanto, el ejemplo se enumera como un ejemplo comparativo.

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Los ejemplos comparativos A-H y los ejemplos 1(a)-1(f) ilustran el efecto de la temperatura de estiramiento sobre la densidad de la composicion de polfmero orientado para una composicion de polfmero similar a la composicion "a". Los ejemplos 1(a)-(f) estan libres de agente de soplado.

Ejemplos (Ej) 2-7 -- Composiciones a mayor escala

Frese una barra de composicion de polfmero que corresponde al ejemplo deseado para tener dimensiones de seccion transversal que coincidan con una relacion de estiramiento nominal para un ejemplo espedfico. La Tabla 4 proporciona las dimensiones de las barras para las relaciones de estiramiento nominal correspondientes. Frese una lengueta inicial en un extremo de cada barra que sea mas pequena en dimension que cualquier punto en el canal de conformacion y mas largo que la longitud del troquel. La lengueta se extiende a traves del troquel para unir un actuador para tirar del resto de la barra a traves del troquel.

Tabla 4: Dimensiones de la barra fresada

1.8: 6,81 (2,68) 3,40 (1,34)

4: 10,16 (4,0) 5,08 (2,0)

Acondicione cada barra a la temperatura deseada antes del estiramiento a traves del troquel de estiramiento. Estire una barra a traves de un troquel de estiramiento mediante la extension de la lengueta inicial a traves del troquel de estiramiento; agarre la lengueta con un actuador y despues tire de la barra a traves del troquel de estiramiento. Centre la barra en el canal de conformacion de cada troquel. Estire la barra primero lentamente para orientar el borde delantero y despues llevela a una velocidad de estiramiento espedfica. Estire la barra a traves de un troquel proporcional.

El troquel de estiramiento usado es un troquel proporcional similar proporcionalmente al usado en el ejemplo 1. El troquel proporcional para los ejemplos 2-7 tiene una abertura de salida de troquel de 5,08 cm (2") x 2,54 cm (1") y un canal de conformacion rectangular que tiene dimensiones de seccion transversal sustancialmente proporcionales entre sf. Las paredes que abarcan la altura del canal convergen en un angulo de 15 ° hacia un plano situado centralmente entre ellas para reducir el ancho del canal del troquel mientras avanza hacia la abertura de salida del canal. Las paredes que abarcan la dimension de anchura convergen en un angulo de 3,83 ° hacia un plano ubicado centralmente entre ellas para reducir la altura del canal del troquel mientras avanza hacia la abertura de salida del canal. La abertura de entrada del canal del troquel tiene una seccion transversal que es mas grande y proporcional tanto a la seccion transversal de la barra que entra en el canal del troquel como a la abertura de salida del troquel. En la salida del troquel estaba una superficie con una longitud de 1,27 cm (0,5").

Tabla 5 - Condiciones y resultados para los Ejs 2-7

Ej: Comp. de polfmero Temp. de estiramiento (°C mas abajo de la Ts) de la composicion de polfmero NDR Velocidad de estiramiento (m/min) LDR Densidad orientada (g/cm3) Modulo de flexion (GPa) Fuerza de deslaminacion N (libras-fuerza)

2: a 20 2 2.4 9.5 0.65 2.8 75,2 (16,9)

3: a 15 2 2.4 8.5 0.80 3.0 127 (28,5)

4: a 18 4 2.4 10.5 0, 78 3.3 158 (35,5)

5: a 18 2 2.4 9 0.80 2.8 122 (27,4)

6: e 23 2 2.4 10 0.73 2.4 89 (20)

7|: e 18 2 2.4 8.5 0.80 3.0 110 (24,7)

Cada uno de los Ejs 2-7 tema un ancho entre 29 y 36 mm y una altura entre 14 y 18 mm. Cada uno de los Ejs 2-7 tiene menos del 5 % de volumen vado accesible por el agua.

Los ejemplos 2-7 ilustran composiciones de polfmero orientado a gran escala de la presente invencion preparadas con diversas composiciones de polfmero, temperaturas de estiramiento y relaciones de estiramiento lineal. Los ejemplos 2-7 estan libres de agente de soplado y tienen menos del 5 % de su volumen vado accesible por el agua en una prueba de inmersion.

Comp. Ej. M-P: Muestra de estiramiento libre con cemento Portland

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Estire libremente las probetas de traccion de las composiciones (f) y (g) de acuerdo con los parametros en la Tabla 6. Marque tres tineas en el area de calibre de las probetas de traccion. Espacie cada tinea a 2,54 centimetres (una pulgada) de distancia de su(s) tinea(s) contigua(s) perpendicularmente a la direccion de estiramiento. Estire las probetas de traccion en un horno despues de permitir que las probetas de traccion se equilibren a la temperatura de estiramiento especificada. Agarre un extremo de la probeta de traccion con un agarre autoajustable estacionario (de anclaje). Agarre un extremo opuesto de la probeta de traccion con un agarre autoajustable movil. Mediante el uso de un tirador tipo oruga, estire la probeta de traccion al tirar del agarre autoajustable movil fijado a la probeta de traccion a una velocidad de 2,4 metros (ocho pies) por minuto para estirar la barra de traccion 0,6-0,9 metros (dos-tres pies).

Determine la relacion de estiramiento lineal mediante la medicion de la distancia entre las lmeas marcadas en las probetas de traccion despues del estiramiento y divfdala por el espaciado de 2,54 centimetres (una pulgada) de antes del estiramiento. La relacion de estiramiento lineal es la relacion promedio determinada para los dos espaciamientos de lmea.

Mida la densidad, el modulo de flexion y la fuerza de deslaminacion de la misma manera que en los otros ejemplos. Tenga en cuenta que, debido a que estos ejemplos comparativos son estiramientos libres, no hay un troquel de estiramiento, por lo que el proceso de estiramiento tiene efectivamente una relacion de estiramiento nominal de uno.

Tabla 6.

Comp. Ej: Comp. de potimero Temp. de estiramiento (°C mas abajo de la Ts) de la composicion de potimero LDR Densidad (g/cm3) Modulo de flexion (GPa) Fuerza de deslaminacion N (libras-fuerza)

M: f 5 9 0.68 21,4 (4,8)

N: f 5 9 0.74 20,9 (4,7)

O: f 10 8.5 0.66 36,9 (8,3)

P: g 10 7.25 0.78 24,0 (5,4)

Los ejemplos comparativos M-P ilustran que las muestras estiradas libremente que contienen 40-50 % en peso de cemento Portland experimentan una fuerza de deslaminacion que es menor que 44,5 Newtons (10 libras-fuerza). Los intentos de ejemplos comparativos de estiramiento libre de estas composiciones de potimero a valores de LDR superiores a 9 no tuvieron exito debido a que las probetas de traccion se romperian.

Basado en los datos que se colectan y compilan en la presente, se espera que el aumento de la relacion de estiramiento lineal en una composicion de potimero relleno reducira la Fuerza de Deslaminacion de la composicion de potimero orientado resultante. Ademas, se espera que mediante el aumento de la cantidad de cemento Portland a niveles superiores al 50 % en peso (por ejemplo, 60 % en peso) de la composicion de potimero retendra o reducira la Fuerza de Deslaminacion con relacion a composiciones con 40-50 % en peso de cemento Portland que se estiran libremente a la misma temperatura de estiramiento y LDR.

Claims

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Reivindicaciones

1. Una composicion de poKmero orientado que comprende treinta por ciento en peso o mas y 95 por ciento en peso o menos de relleno inorganico inerte basada en peso de composicion de polfmero orientado y una fase continua de al menos un polfmero orientable, en donde la composicion de polfmero orientado tiene:

(a) una densidad de menos de 0,8 gramos por centfmetro cubico de acuerdo con el metodo ASTM 792-00;

(b) un modulo de flexion de 1,4 gigapascales (200.000 libras por pulgada cuadrada) o mas de acuerdo con el metodo ASTM D-790-03;

(c) dimensiones de seccion transversal todas mayores de 1,5 milfmetros; y

(d) un valor de fuerza de deslaminacion mayor que 44,5 Newtons (diez libras-fuerza) segun se determino de acuerdo con el metodo especificado en la descripcion;

en donde la composicion de polfmero orientado contiene menos de tres por ciento en peso de agente de soplado en base al peso de la composicion de polfmero orientado, y

en donde el relleno inorganico inerte se selecciona de talco, arcilla (por ejemplo, caolm), hidroxido de magnesio, hidroxido de aluminio, dolomita, perlas de vidrio, sflice, mica, rellenos metalicos, feldespato, wollastonita, fibras de vidrio, fibras de metal, fibras de boro, negro de carbon, nano-rellenos, carbonato de calcio, cenizas volantes y sus combinaciones.
2. La composicion de polfmero orientado de conformidad con la reivindicacion 1, en donde el relleno se selecciona de talco, carbonato de calcio, arcilla y cenizas volantes.
3. La composicion de polfmero orientado de conformidad con la reivindicacion 1, en donde el polfmero orientable se selecciona de polfmeros a base de polipropileno, polfmeros a base de polietileno, policloruro de vinilo, poliesteres y polfmeros basados en poliester.
4. La composicion de polfmero orientado de conformidad con la reivindicacion 1, en donde la composicion de polfmero orientado esta libre de agente de soplado.
5. Un proceso para el estiramiento en estado solido de una composicion de polfmero que comprende las etapas:

(a) proporcionar una composicion de polfmero que comprende treinta por ciento en peso o mas y 95 por ciento en peso o menos de un relleno inorganico inerte basado en el peso de la composicion de polfmero y una fase continua de al menos un polfmero orientable, la composicion de polfmero tiene una temperatura de fusion;

(b) acondicionar la temperatura de la composicion de polfmero a una temperatura de estiramiento que es de diez grados Celsius o mas mas abajo de la temperatura de ablandamiento de la composicion de polfmero;

(c) estirar la composicion de polfmero a traves de un troquel de estiramiento a una velocidad de estiramiento de al menos 0,25 metros por minuto; y

(d) opcionalmente, enfriar la composicion de polfmero despues de que sale del molde de estiramiento;

en donde la composicion de polfmero comprende menos del tres por ciento en peso del agente de soplado en funcion del peso de la composicion del polfmero, y

en donde el relleno inorganico inerte se selecciona de talco, arcilla (por ejemplo, caolm), hidroxido de magnesio, hidroxido de aluminio, dolomita, perlas de vidrio, sflice, mica, rellenos de metal, feldespato, wollastonita, fibras de vidrio, fibras de metal, fibras de boro, negro de carbon, nanorellenos, carbonato de calcio, cenizas volantes y sus combinaciones;

y en donde la temperatura de reblandecimiento es:-

(i) la temperatura de transicion vftrea para la composicion de polfmero si la composicion de polfmero tiene como componentes de polfmero solo uno o mas de un polfmero amorfo,

(ii) la temperatura de fusion para la composicion de polfmero si la composicion de polfmero tiene como componentes polimericos solo uno o mas de un polfmero semicristalino, y

(iii) la temperatura de reblandecimiento del polfmero en fase continua o de la composicion de polfmero si la composicion de polfmero contiene una combinacion de polfmeros semicristalinos y amorfos.
6. El procedimiento de conformidad con la reivindicacion 5, en donde el estiramiento en la etapa (c) alcanza una relacion de estiramiento lineal de 10 o menos.
7. El procedimiento de conformidad con la reivindicacion 5, en donde el polfmero orientable se selecciona entre polfmeros a base de polipropileno, polfmeros a base de polietileno, policloruro de vinilo, poliesteres y polfmeros a base de poliester.
8. El procedimiento de conformidad con la reivindicacion 5, en donde la velocidad de estiramiento es de un metro por minuto o mas rapida.
9. El procedimiento de conformidad con la reivindicacion 5, en donde la temperatura de estiramiento es al menos quince grados Celsius mas abajo de la temperatura de reblandecimiento de la composicion de polfmero.
10. El procedimiento de conformidad con la reivindicacion 5, en donde la temperatura de estiramiento es de cuarenta grados Celsius o menos mas abajo de la temperatura de reblandecimiento de la composicion de polfmero.
11.

El procedimiento de conformidad con la reivindicacion 5, en donde el relleno se selecciona de talco, arcilla, carbonato de calcio y cenizas volantes

5 12.

El procedimiento de conformidad con la reivindicacion 5, en donde el relleno esta presente a una concentracion de 40 por ciento en peso o mas con relacion al peso de la composicion del polfmero antes del estiramiento.
13.

El procedimiento de conformidad con la reivindicacion 5, en donde la composicion de polfmero experimenta una relacion de estiramiento nominal de 1,25 o mas y menos de cinco.
10 14.

El procedimiento de conformidad con la reivindicacion 5, en donde el estiramiento se realiza a traves de un troquel de estiramiento que induce un estiramiento proporcional de la composicion de polfmero.
15. 15

El procedimiento de conformidad con la reivindicacion 5, en donde la composicion de polfmero esta libre de agente de soplado.