MX2012014186A - Proceso mejorado para la produccion de cloruro de polivino (pvc) expandido y materiales plasticos a base de pvc expandido obtenidos con el mismo. - Google Patents

Abstract

Un proceso para la producción de PVC expandido del tipo que comprende el calentamiento de una masa de mezcla polimérica (13) dentro de un molde cerrado, el proceso que incluye: (a) control de la expansión de la masa (13) debido al proceso de moldeo en caliente en el ambiente que tiene un volumen constante definido por el molde cerrado, mencionado (10), el control que se efectúa por la presencia, en la masa mencionada de mezcla polimérica (13), de micropartículas (16) de material comprimible, adecuado para que se contraiga, bajo la acción de la presión generada por la formación y expansión de microceldas (20) de gas de expansión en la misma masa (13), desde una forma inicial (A) que tiene un mayor volumen, a una forma (B) que tiene un volumen más pequeño; y (b) la expansión de las microparticulas mencionados (16) contenidas en la masa del material expandido, moldeado, desde su configuración (B) a la configuración inicial (A) con un volumen mayor, la densidad del material expandido obtenido de este modo que se determina por la presencia contemporánea, en la masa (13c) de éste último, de ambas microceldas (20) de gas de expansión y las micropartículas mencionadas (16) en su configuración A que tiene un mayor volumen. Con respecto a la tecnología conocida para la producción de materiales plásticos expandidos, el proceso de la invención no solo evita la formación de pérdidas en estado fundido durante el proceso de moldeo, sino que también permite que se obtenga un PVC expandido que tiene el valor de deseado de densidad, aun usando muchos menores cantidades de agentes de soplado con respecto a aquellas usadas en los procesos actuales de este tipo.

Description

PROCESO MEJORADO PARA LA PRODUCCIÓN DE CLORURO DE POLIVINO (PVC) EXPANDIDO Y MATERIALES PLÁSTICOS A BASE DE PVC EXPANDIDO OBTENIDOS CON EL MISMO ^ Campo de la invención La presente invención se refiere a un proceso mejorado para la producción de PVC expandido, en particular, espumas poliméricas de IPN (Red Interpenetrante) que consiste de poliamida, poliimida, cloruro de polivinilo, poliisocianurato y poliurea. 0· El campo de la invención es aquel de procesos usados para preparar PVC expandido, que comprenden calentar una mezcla de inicio en un molde que tiene un volumen constante, cerrado por una tapa y expandir subsiguientemente del embrión obtenido.

Antecedentes de la invención En particular, en el campo de la producción de espumas poliméricas de IPN que consisten de poliamida- poliimida-polivinilcloruro-poliisocianurato-poliurea (ver descripción del concepto de IPN en "Interpenetrating Polymer 0 NetWorks", D. Klempner, L.H. Sperling, L.A. Utracki; volumen 239; American Chemical Society; Ed. 1994), la mezcla inicial de polímeros, agentes tensioactivos, agentes químicos de soplado, isocianatos, etcétera, se introduce en el molde. Una vez que éste último se ha cerrado por medio de una tapa 5 adecuada, la mezcla se calienta, provocando de este modo la generación de gas de soplado, la formación en gel del polímero y las deseadas reacciones de reticulación, con incorporación del gas dentro de las moléculas de la IPN reticulada obtenida de esta manera. Esta parte del proceso se efectúa, en particular, en un molde cerrado y a un volumen constante de reacción, la presión dentro del molde que se genera por la formación de gas y por la expansión térmica.

La técnica conocida descrita en la presente, tiene, sin embargo, la desventaja que, debido a la expansión inducida por la formación de gas de soplado y por el calentamiento del material plástico, la masa del polímero fundido y de los reactivos tiende a expandirse, en contraste con la acción ejercida por la tapa que cierra el molde. Esta masa fundida comprimida tiende por lo tanto a expandirse, fugándose a través de las áreas cerradas de la tapa en el molde. En consecuencia, en los procesos tradicionales de producción que siguen esta técnica de moldeo, se forman cantidades considerables de material de desperdicio, lo que es responsable de un incremento indeseado' en los costos generales de producción, además de los problemas de mantenimiento con respecto a la máquina y el impacto ambiental .

Además de estas desventajas, también hay degradación de la estructura microcelular del producto terminado, particularmente en correspondencia con la fuga del material plástico de molde.

Una desventaja adicional de los presentes métodos para la producción de PVC expandido está en las altas cantidades de agentes químicos de soplado, usados, que, además de ser peligrosos para el ambiente, también son costosos de debido a la complejidad de la producción, transporte y almacenamiento de estos productos.

La publicación EP 2039496 Al describe un proceso para la producción de caucho, usando microesferas adecuadas para que se trituren bajo la acción del incremento de volumen de la mezcla de inicio dentro del molde de vulcanización. De acuerdo a esta técnica conocida, que no se relaciona al campo de los materiales plásticos expandidos, el producto moldeado incorpora las microesferas en su estado triturado colapsado, final, y definitivo, que es aquel del producto final a base de caucho.

Descripción de la invención Un objeto principal de la presente invención es por lo tanto proporcionar un nuevo proceso para la producción de PVC expandido, en particular espumas poliméricas de IPN, en donde además de evitar las pérdidas del producto fundido durante el proceso de moldeo, se puede obtener un PVC expandido, que tiene el valor deseado de densidad, aun con muchos menores cantidades de agentes químicos de soplado que aquellas usadas en la técnica conocida .

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un proceso del tipo mencionado anteriormente, que es capaz de reducir considerablemente el desperdicio de producto en la salida de la fase de moldeo, reduciendo de este modo al mínimo tanto los costos totales del manejo de planta como el impacto ambiental de la producción de material plástico.

La invención también tiene el objeto de contribuir a 1 mejorar la calidad del producto final, al evitar la fuerte degradación de la estructura microcelular del material plástico en correspondencia con las áreas cerradas del molde . ¦ - - Estos y otros objetos se logran con el proceso de la reivindicación 1. Las modalidades preferidas de la invención se indican en las reivindicaciones restantes.

Con respecto a la tecnología conocida para la producción de materiales plásticos expandidos, el proceso de la invención no solo evita la pérdida de producto fundido durante el proceso de moldeo, sino que también permite que s obtenga un PVC expandido que tiene el valor deseado de densidad, aun usando una mucho menor cantidad de agentes químicos de soplado con respecto a aquellas usadas en los procesos actuales de este tipo.

En particular, gracias a la reducción significativa en la cantidad de agentes químicos de soplado usados en el proceso de la invención, éste último no solo reduce el daño ambiental provocado por estos productos, sino que también los costos de producción del material plástico expandido, ya que los costos de producción, transporte y almacenamiento de los agentes químicos de soplado tienen un impacto considerable.

Una ventaja adicional de la invención se representa por la calidad mejorada del materia plástico obtenido debido a la ausencia sustancial de degradación en la estructura microcelular, también ya que se forma en correspondencia con el cierre del molde.

El proceso de la invención también ofrece la ventaja que, gracias- a - la compensación volumétrica inducida por contracción temporal de las micropartículas dentro de la masa comprimida de polímero, el proceso se puede llevar a cabo a presiones menores que los valores normales usados con el molde, con ventajas consecuentes también con respecto a las condiciones de operación de la misma.

Adicionalmente, gracias a la ausencia sustancial de pérdidas de material plástico de molde, se reducen en su mayor parte tanto los costos de recuperación como de eliminación de los productos residuales y el efecto de estos últimos en el ambiente.

Estos y otros objetos, ventajas y características son evidentes de la descripción anterior de una modalidad preferida del proceso de la invención, mostrada, para propósitos ilustrativos y no limitantes, en las figuras anexas .

En las cuales: La figura 1 ilustra esquemáticamente la estructura de una espuma polimérica de IPN; La figura 2 ilustra un esquema de un ejemplo de procesamiento en un molde cerrado, de un material plástico expandido de acuerdo con la técnica conocida; La figura 3 ilustra el detalle de un ejemplo de una microparticula de material comprimible como se usa en el proceso de la invención; La figura 4 ilustra una vista esquemática del proceso de la invención.

La espuma polimérica de IPN producida con el proceso de la invención, como se muestra en la figura 1 anterior, se obtiene por la penetración de cadenas lineales C de PVC con una estructura R particular de poliamida, poliimida, poliisocianurato y poliurea.

De acuerdo al proceso de la técnica conocida ilustrada en la figura 2, se inyecta una masa de mezcla polimérica de inicio 13a (resina de PVC, anhídrido, isocianatos, agentes químicos de soplado, agentes tensioactivos, y catalizador) en un molde 10, cerrado por una tapa 11 activada por una placa de prensión 12, la mezcla, cuando se somete a calentamiento, por las placas de calentamiento 14, 15 y se comprime como resultado de la acción contraste ejercida por la placa 12 contra la expansión provocada por las reacciones de proceso (en particular, por la formación de microceldas 20 del gas de soplado) tiende a expandirse en forma energética, hasta gue supere la acción de cierre de la tapa 11 en el cuerpo del molde 10. Como consecuencia, parte del material polimérico que forma la masa 13b del producto moldeado, tiende a salir en correspondencia con los rebajes de cierre de la tapa 11 en el cuerpo del molde 10 (flechas F de la figura 2) .

El producto final 13c, a su vez, tiene la densidad conferida por las microcélulas 20 solas del gas de soplado, que en consecuencia deben estar presentes en la masa 13a de la mezcla de inicio, a las altas- dosis necesarias para este propósito.

De acuerdo a la invención, a el fin de evitar la pérdida descrita de mezcla polimérica de molde 10, y para reducir de manera significativa las cantidades de los agentes químicos de soplado usados para generarlas las microcélulas mencionadas del gas 20 dentro de la masa de polímero -expandido, se adicionan micropartículas huecas 16 a la mezcla de inicio, conjuntamente con material elásticamente o reversiblemente comprimible bajo las condiciones de proceso. En el ejemplo ilustrado en la figura 3, estas micropartículas consisten de microesferas formadas por un forro exterior 17 de material elásticamente deformable bajo las condiciones de proceso, de manera preferente poliacrilonitrilo (PAN) o polimetacrilonitrilo (PMAN) , dentro de lo cual se define una cavidad 19 rellena con un gas 18 (de manera preferente isopentano) . El uso de los materiales elásticamente deformables, descritos, que forman las microparticulas 16, tiene la ventaja particular de hacerlos reversiblemente compresibles, para permitirles retornar a su configuración inicial, una vez que se ha completado el proceso de moldeo en caliente de la mezcla polimérica de inicio. De esta manera, las microparticulas 16 ayudan a incrementar, en su conformación expandida o de mayor volumen, dentro del material plástico expandido, tanto la densidad como las características mecánicas del producto manufacturado, final. — — Gracias a la naturaleza elásticamente deformable del forro exterior 17 y a la compresibilidad intrínseca de compresión del gas 18 recolectado en la cavidad 19, de las microparticulas 16, las microparticulas 16 anteriores se pueden contraer de manera temporal, bajo la acción de una presión externa, desde la forma inicial A que tiene mayores dimensiones a la -forma B con más pequeñas dimensiones, con la recuperación de su configuración inicial al calentar la masa moldeada de IPN bajo humedad, una vez extraída del molde 10 (figura 3) . En particular, las microparticulas mencionadas 16 están en la forma de microesferas que tienen de manera preferente un diámetro de 35-55 ym aun si, para las aplicaciones de la invención, se pueden usar de manera ventajosa microesferas que tienen un diámetro de 10-110 µp?.

Como se ilustra mejor en la figura 4, la masa inicial 13 de la mezcla polimérica se introduce o moldea en el molde conjuntamente con las microparticulas comprimibles, en su configuración inicial 16A que tiene un mayor volumen. Estas microparticulas se dispersan homogéneamente, en particular, dentro de la masa mencionada 13 de la mezcla polimérica de inicio, conjuntamente con los otros componentes de la misma.

Partiendo de esta configuración inicial, la masa 13 inyectada dentro del molde 10, en un ambiente que tiene un volumen constante por el cierre de la tapa 11, entonces se somete a calentamiento, creando de es e— modo las microceldas 20 de gas, obtenidas de por descomposición de los agentes químicos de soplado, y también por medio de la formación de gel y reacciones de reticulación del polímero de IPN.

La expansión, efectuada de esta manera en la masa 13, en contraste con la acción de cierre de la tapa 11 en el molde 10 que tiene —un volumen constante, provoca un incrementa en la presión que provoca la contracción temporal de las microparticulas 16 anteriores, dispersadas dentro de la masa inicial 13 de la figura 4.

Gracias al fenómeno de contracción de las microparticulas 16 descritas anteriormente, en respuesta al incremento en la presión de la masa polimérica 13 recolectada en el molde 10 que tiene un volumen constante, estas regresan desde su configuración inicial 16A que tiene un mayor volumen, a aquella 16B con un volumen reducido, ésta última que se refiere a la masa 13b de polímero (también llamado "embrión 13b") extraída del molde 10.

En este punto, el embrión 13b se calienta bajo condiciones de humedad (en la presencia de vapor de agua, dentro de un horno 21, o por inmersión en un baño de agua hirviendo) , hasta que se obtiene una masa 13c que tienen la densidad deseada del - polímero de IPN, al recuperar el volumen inicial A de las micropartículas 16, en combinación con la expansión química debido a la formación de las microceldas 20 de gas de soplado (figura 4) . - De acuerdo a una modalidad preferida, una mezcla de inicio para la producción de espumas poliméricas de IPN de la invención, consiste de (los porcentajes están en peso) : PVC 35-60% Anhídrido 1-20% Isocianatos — 20-50% Agentes químicos de soplado 0.5-7% Agente tensioactivo 0.08-0.8% Catalizador 0.02-0.2% en donde se adicionan 0.05-0.5% de microesferas .

Como una comparación con la técnica conocida, una mezcla de inicio que tiene la siguiente composición: PVC 45% Anhídrido 9% Isocianatos 45% Agente tensioactivo 0.5% Catalizador 0.13% se trata una vez con sólo 5.5% de agentes de soplado (técnica conocida de la figura 2) y una segunda vez con 2.5% de agentes químicos de soplado, en la presencia de 0.2% de microesferas (proceso de la invención, figura 4). En ambos casos, se obtuvo una espuma polimérica 13c expandida de IPN, que tiene una densidad de 45 kg/m3. El proceso de la invención permitido en consecuencia que se obtenga un material expandido (13c de la figura 4) que tiene el grado deseado de densidad, con el uso de agentes químicos de soplado en cantidades que son la mitad de aquellas usadas en los métodos actuales (producto expandido 13c de la figura 2), manteniendo sin embargo las propiedades mecánicas del producto final sin cambio, con una distribución más homogénea de los mismos dentro de la masa del producto elaborado .

Claims (10)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la producción de PVC expandido del tipo que comprende calentar una masa de mezcla polimérica dentro de un molde cerrado, caracterizado en que comprende: (a) control de la expansión de la masa debido al proceso de moldeo en caliente en el ambiente que tiene un volumen constante definido por el molde cerrado mencionado, el control que se obtiene por la presencia, en la masa mencionada de mezcla polimérica, de microparticulas de material comprimible, adecuado para que se contraiga bajo la acción de la presión generada por la formación y expansión de microceldas de gas de soplado en la misma masa, desde una forma inicial que tiene un mayor volumen, a una forma que tiene un volumen menor; y (b) expansión de las microparticulas mencionadas contenidas en la masa del material expandido, moldeado, desde su configuración a la configuración inicial que tiene un mayor volumen, la densidad del material expandido, obtenido de este modo que se determina por la presencia contemporánea, en la masa de éste último, de microesferas de gas de soplado y las microparticulas mencionadas en su configuración que tienen un mayor volumen.

2. El proceso según la reivindicación 1, caracterizado en que la fase de expansión se lleva a cabo bajo condiciones de humedad.

3. El proceso según la reivindicación 1, caracterizado en que las micropartículas están en la forma de microesferas, que consisten de un forro exterior de material plástico deformable, dentro de lo cual se define una cavidad que contiene un gas.

4. El proceso según la reivindicación 3, caracterizado en que el forro exterior de las micropartículas consiste de poliacrilonitrilo o polimetacrilonitrilo, las cavidades que se rellenan con isopentano.

5. El proceso según la reivindicación 3 o 4, caracterizado en que las microesferas tienen un diámetro de 10-110 pm.

6. El proceso según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado en que la mezcla polimérica es una mezcla para la producción de espumas poliméricas de IPN que tienen la siguiente composición de inicio (% en peso) : PVC 35-60% Anhídrido 1-20% Isocianatos 20-50% Agentes de soplado 0.5-7% Agente tensoactivo 0.08-0.8% Catalizador 0.02-0.2% en la presencia de 0.05-0.5% de microesferas.

7. Una mezcla polimérica de inicio para la producción de PVC expandido dentro de un molde cerrado calentado, caracterizada en que comprende micropartículas de material comprimible, como se usa en el proceso de acuerdo a una o más de las reivindicaciones 1 a 6 previas.

8. Material plástico expandido a base de PVC, caracterizado en que se obtiene por medio del proceso de acuerdo a una o más de las reivindicaciones 1 a 6 y con la mezcla polimérica de la reivindicación 7.

9. Un producto hecho de PVC expandido, caracterizado en que se produce usando el material plástico, de la reivindicación 8.

10. El producto según la reivindicación 9, caracterizado en que el material plástico expandido consiste de espumas poliméricas de IPN que contienen las micropartículas en su estado que tiene un mayor volumen. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Un proceso para la producción de PVC expandido del tipo que comprende el calentamiento de una masa de mezcla polimérica (13) dentro de un molde cerrado, el proceso que incluye: (a) control de la expansión de la masa (13) debido al proceso de moldeo en caliente en el ambiente que tiene un volumen constante definido por el molde cerrado, mencionado (10), el control que se efectúa por la presencia, en la masa mencionada de mezcla polimérica (13), de microparticulas (16) de material comprimible, adecuado para que se contraiga, bajo la acción de la presión generada por la formación y expansión de micr-oceldas (20) de gas de expansión en la misma masa (13) , desde una forma inicial (A) que tiene un mayor volumen, a una forma (B) que tiene un volumen más pequeño; y (b) la expansión de las microparticulas mencionados (16) contenidas en la masa del material expandido, moldeado, desde su configuración (B) a la configuración inicial (A) con un volumen mayor, la densidad del material expandido obtenido de este modo que se determina por la presencia contemporánea, en la masa (13c) de éste último, de ambas microceldas (20) de gas de expansión y las microparticulas mencionadas (16) en su configuración A que tiene un mayor volumen. Con respecto a la tecnología conocida para la producción de materiales plásticos expandidos, el proceso de la invención no solo evita la formación de pérdidas en estado fundido durante el proceso de moldeo, sino que también permite que se obtenga un PVC expandido que tiene el valor de deseado de densidad, aun usando muchos menores cantidades de agentes de soplado con respecto a aquellas usadas en los procesos actuales de este tipo.