MX2013000017A - Proceso para la produccion de materiales de plastico expandidos, en particular espumas polimericas basadas en pvc y una formulacion de una mezcla polimerica para efectuar tal proceso. - Google Patents

Abstract

Un proceso perfeccionado para la producción de materiales de plástico expandibles, que comprende una fase de moldeo en caliente de una mezcla polimérica inicial dentro de un molde, donde el calentamiento de la mezcla es efectuado convirtiendo la misma en una fuente de calor, activando una reacción exotérmica en su interior. Con respecto a la técnica conocida en el campo, el proceso de la invención permite una mejora en el calentamiento de la masa polimérica dentro del molde, reduciendo los tiempos necesarios para efectuar este y homogenizar los valores térmicos dentro de esta masa.

Description

PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE MATERIALES DE PLÁSTICO EXPANDIDOS, EN PARTICULAR ESPUMAS POLIMÉRICAS BASADAS EN PVC Y UNA FORMULACIÓN DE UNA MEZCLA POLIMÉRICA PARA EFECTUAR TAL PROCESO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un proceso perfeccionado para la producción de materiales de plástico expandibles, en particular espumas poliméricas basadas en PVC. La invención también se extiende a la formulación de una mezcla polimérica adecuada para efectuar este proceso.

El campo de aplicación de la presente invención es el de un proceso usado para preparar materiales de plástico expandidos, como por ejemplo espumas basadas en PVC, los cuales comprenden la introducción, dentro del molde caliente, de la mezcla polimérica, agente de expansión, tensoactivo, isocianatos, cristales y otros productos. Este molde es entonces cerrado con su tapa en una prensa, sometiendo la mezcla a calentamiento en este ambiente cerrado.

Tradicionalmente el calentamiento necesario para la gelificación del PVC, la descomposición de los agentes de expansión y la reacción de reticulación es proporcionado exhaustivamente desde el exterior de la mezcla, a través de las paredes del molde que contiene esta.

La solución de calentamiento tradicional descrita, sin embargo, tiene la desventaja de los tiempos de transferencia de calor prolongados, tanto a través de las paredes del molde, en la dirección de la matriz polimérica, como también a través de la masa de esta última, por la naturaleza termoaislante .

Una desventaja más de la técnica conocida descrita aqui es representada por la distribución no homogénea del calor dentro de la masa polimérica a ser calentada, con una mayor temperatura en correspondencia con las paredes calientes del molde, y una menor temperatura moviéndose lejos de esta posición. Además, debido a esta diferencia de distribución de calor, los tiempos de mantenimiento de la mezcla polimérica a la temperatura de reacción también son diferentes, dependiendo de la distancia de los puntos de esta mezcla desde las paredes calientes del molde.

Esto con frecuencia conduce a un producto de reacción, es decir, un polímero expandido el cual, debido a las diferencias térmicas registradas, tiene idealmente diferentes características fisicoquímicas dentro de la masa polimérica en sí dejando el tratamiento del molde, diversidades las cuales son más relevantes entre la superficie y las posiciones más internas de la masa polimérica moldeada.

Además de las desventajas descritas anteriormente, también existen aquellas ligadas al requerimiento térmico mayor, como resultado de la transferencia de calor tradicional dentro de la masa polimérica, que pasa a través de las paredes del molde.

La US 3 836 110 se relaciona con un molde para la fabricación de componentes de material de plástico sintético, en los cuales el calor latente y el cambio del estado del estado sólido al estado liquido es usado para la reacción térmica.

La US 2009/145627 Al describe un proceso para fabricar un cable electrónico extruyendo sobre un conductor una mezcla de poliolefina, agente reticulante, y agente de espumado exotérmico.

La US 2007/128367 Al describe un proceso de espumado que comprende aplicar a un sustrato una composición que comprende una resina de poliuretano, un tensoactivo y un agente de soplado que se expande por calentamiento y enfriamiento.

La US 2010/068497 Al describe una mezcla espumable que comprende PVC, anhídrido, agente de soplado químico, isocianatos y catalizador.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION El objetivo principal de la presente invención es proporcionar un proceso novedoso para la producción de materiales de plástico expandido, los cuales, con respecto a los métodos conocidos en el campo, es capaz de reducir significativamente el tiempo necesario para calentar la mezcla polimérica dentro del molde.

Un objetivo más de la invención es calentar la mezcla polimérica dentro del molde de manera más homogénea con respecto a la técnica conocida, con tiempos reducidos y temperaturas uniformes dentro de la masa polimérica total.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un proceso del tipo especificado anteriormente y una mezcla polimérica, adecuada para producir un material de plástico expandido que tenga propiedades fisicoquímicas homogéneas y mejoradas con respecto a aquellas obtenidas con los métodos tradicionales .

Esos y otros objetivos son logrados con el proceso y con la formulación de una mezcla polimérica de las reivindicaciones 1 y 4, respectivamente. Las modalidades preferidas de la invención son indicadas en las reivindicaciones restantes.

Con respecto a la técnica conocida en el campo, el proceso y formulación de la invención permite un mejor calentamiento de la masa polimérica en el molde, reduciendo los tiempos necesarios para efectuar este en aproximadamente 30%, y homogenizar los valores térmicos dentro de esta masa. En particular, esta reducción es igual a 50 - 60 seg del tiempo de calentamiento por cada milímetro de profundidad del molde de la técnica conocida y 35 - 40 seg de tiempo de calentamiento por cada milímetro de profundidad del molde de acuerdo con la invención.

Una ventaja más de la invención es la representada por las propiedades termomecánicas mejoradas y más homogéneas del polímero expandido obtenido, con respecto a la técnica conocida en el campo.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Esos y otros objetivos, ventajas y características son evidentes a partir de la siguiente descripción de la modalidad preferida del proceso de la invención mostrado, para propósitos ilustrativos y no limitantes, en las Figuras de los dibujos anexos.

En esos: - la figura 1 ilustra una vista esquemática de un ejemplo de un molde para efectuar el proceso de la invención; - la figura 2 ilustra las curvas comparativas de los perfiles de temperatura, sobre las paredes del molde de la Figura 1 y el núcleo de la mezcla polimérica tratada, respectivamente, por un proceso conocido y de acuerdo con la invención; - la figura 3 ilustra un ejemplo comparativo, del mismo tipo que la Figura 2, que se relaciona con la tendencia del salto térmico entre la pared del molde y el núcleo de la mezcla durante el calentamiento; - la figura 4 ilustra el resultado de un análisis de DSC efectuado sobre la mezcla polimérica inicial de acuerdo con la técnica conocida de acuerdo con la invención; las figuras 5 a 7 ilustran los resultados comparativos de análisis de DMA efectuados sobre polímeros expandidos obtenidos de acuerdo con la invención y de acuerdo con la técnica conocida.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION El molde ilustrado en la Figura 1, indicado como un todo con el número de referencia 1, comprende dos placas 2 provistas con una tubería interna 3, para el calentamiento y enfriamiento de la mezcla polimérica. El punto 5 es para detectar la temperatura externa, punto 6, por otro lado, revela la temperatura del núcleo de la mezcla 4.

La detección térmica del proceso efectuado con el uso del molde 1 es indicado en la Figura 2, de acuerdo con la técnica conocida de acuerdo con la invención, respectivamente. En particular, después de aproximadamente los primeros 10 minutos del proceso de calentamiento tradicional de la masa polimérica inicial, en la cual las partes más externas de esta última son calentadas a la temperatura deseada de aproximadamente 175 °C, se requieren aproximadamente 18 minutos adicionales para llevar el núcleo interno de la masa polimérica a la misma temperatura. Partiendo de este punto (aproximadamente 28 minutos), inicia el enfriamiento, el cual, sobre las partes más externas del polímero, conduce a una caída de temperatura inmediata mientras que, en las partes más internas, existe un retraso de aproximadamente 7 minutos.

La invención propone reducir el intervalo de temperatura necesaria para transferir, dentro del núcleo de la masa polimérica -4, la temperatura de calentamiento necesario para la reacción de gelificación del PVC y la formación de incorporación de la fase gaseosa generada por la descomposición de los agentes de expansión presentes en la masa inicial.

La invención también tiene como propósito reducir la temperatura inicial para la activación de las reacciones, haciendo lo que sea estrictamente necesario para su arranque, no teniendo que tomar ya en consideración las dificultades relacionadas con la transferencia de calor hacia el interior de la masa polimérica.

La invención consiste en usar el calor externo, suministrado por las placas de calentamiento 2 del molde 1, únicamente para activar una reacción exotérmica el cual toma lugar dentro de la masa polimérica, convirtiendo a la masa en si en una fuente de calor en lugar de un material aislante, proporcionando de este modo la transferencia de calor hacia el interior de la masa. La reacción exotérmica debe tomar lugar dentro del intervalo de temperatura, lo cual depende de la temperatura de fusión de los polímeros introducidos en la mezcla inicial. En este caso específico, la reacción exotérmica produce el calor/energía a una temperatura de 155-160°C necesaria para la gelificación del PVC, permitiendo una reducción en su demanda de energía externa, haciendo disminuir gradiente de calor y mejorando la uniformidad de la composición y estructura microcelular, con una mejora consecuente en las propiedades termomecánicas del producto final obtenido.

Como puede observarse de las curvas relacionadas con el proceso de la invención, en efecto, con lo indicado en la figura 2, la temperatura de proceso es llevada al valor requerido de 155-167°C (y ya no de 170-175°C) en tiempos más breves (menos de 10 minutos aproximadamente fuera de la masa polimérica en el modelo (prueba de línea continua) .

Gracias a la invención y como puede ser observado en la gráfica de la figura 3, el salto térmico entre las partes externas de polímero en el molde y las partes más cercanas al núcleo de la masa polimérica ha disminuido en el proceso de acuerdo con la invención, con ventajas evidentes con respecto a la calidad del producto final y el ahorro de energía.

Los resultados experimentales, de acuerdo a lo indicado en la gráfica de la figura 3 mencionada anteriormente, se refiere en lo particular a una mezcla polimérica que consiste de: PVC 35-50% Anhídrido 1-20% Isocianato 20-50% Agentes de expansión 0.5-7% Tensoactivo 0.08-0.8% de acuerdo con la técnica conocida y con la adición de 0.1-0.2% de peso de catalizador en el caso específico de la invención, respectivamente.

Los mismos resultados se resumen en la siguiente tabla, donde ?? indica la diferencia en la temperatura entre la temperatura externa T5 y la temperatura interna T6 de la masa polimérica en el molde 1: La prueba de calorimetría de barrido dinámico (DSC) de la figura 4 muestra: - con la curva con asteriscos, la exoterma a 120°C es relacionado con la reacción de formación de gas; con la curva continua, la presencia de una reacción exotérmica adicional entre aproximadamente 145°C y 170°C, la cual es la que proporciona el calor necesario para las reacciones del proceso de la invención.

Deberá notarse por lo tanto que las reacciones que toman lugar dentro de las reacciones polimérica 4 en el molde 1 son de gelificación o fusión de la matriz polimérica y la generación de la fase gaseosa, con una incorporación de está fase gaseosa dentro de una estructura microcelular, dando de este modo lugar a la formación de un embrión expandióle, la descripción ofrecida por la invención es que se crea una reacción exotérmica dentro de la mezcla polimérica la cual se sitúa en el molde 1, la cual es suficiente para llevar está misma mezcla a la temperatura de fusión del polímero o polímeros de los cuales está compuesta. En el caso del PVC, está temperatura es de aproximadamente 170°C, y de acuerdo con la invención, esto se eleva a través de la activación adecuada de la siguiente reacción de trimerización de isocianato a isocianurato : Está reacción es en efecto fuertemente exotérmica, en particular cuando se activa de acuerdo con la invención dentro de la masa polimérica en el intervalo de temperaturas correspondientes a la gelificación del PVC. Además, en los campos específicos en los cuales se relaciona la siguiente invención, la reacción de trimerización del isocianato debe ser efectuada en presencia de un catalizador basado en carboxilato de amonio, preferiblemente (CH3)3 N - CH2 - (CH3) CH(OH)+ (HCOO)", agregado en una cantidad de 0.1 - 0.2% en peso dentro de la mezcla polimérica inicial.

En particular, gracias al uso de esas sustancias las cuales activan la reacción de trimerización, la temperatura de transición vitria de los productos expandidos de la invención es mayor que la de aquéllos obtenidos de acuerdo con la técnica conocida.

Usando, por ejemplo, una mezcla polimérica inicial compuesta (% en peso) : PVC 35-60% Anhídrido 1-20% Isocianato 20-50% Agentes de expansión 0.5-7% Tensoactivo 0.8-0.8% esto fue comparable con la siguiente tabla, con una formulación análoga, a la cual se agregó 0.1 - 0.2% de carboxilato de amonio cuaternario como catalizador de la trimerización de la isocianato. La tabla relaciona está comparación con el modulo de almacenamiento Tv (véase la gráfica de la figura 5) , modulo de pérdida (gráfica de la figura 6) y los valores de DeltaTan (gráfica de la figura 7), medidos con la prueba de análisis mecánico dinámico (DMA) : TABLA 1 Propiedades termomecánicas de DMA el polímero expandido De la tabla anterior, puede observarse las pruebas termomecánicas mejoradas del polímero expandido de la invención, en forma de una espuma polimérica con respecto a la técnica conocida.

Con el proceso de la invención, es posible producir un material polimérico expandido consistente de espuma polimérica de IPN (Red Interpenetrante) basada en el poli-amida-poliimida-cloruro de polivinil-polisocianurato-poliurea .

Otros polímeros expandidos a los cuales puede ser aplicada la invención poliamida, poliestireno y otros polímeros termoplásticos, en presencia de reacciones exotérmicas adecuadas para proporcionar las temperaturas de fusiones necesarias de los mismos polímeros.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la producción de materiales de plástico expandidos, caracterizado porque comprende una fase de moldeo en caliente de una mezcla polimérica inicial que comprende una matriz polimérica, isocianato, anhídrido y catalizador dentro de un molde, caracterizado porque el calentamiento de la mezcla es efectuado convirtiendo la misma en una fuente de calor, activando en su interior una reacción exotérmica representada por la siguiente reacción de trimerización de isocianato a isocianurato : siendo la reacción activada por el suministro de calor desde el exterior del molde.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la reacción exotérica es efectuada en presencia de un catalizador basado en carboxilato de amonio cuaternario.

3. El proceso de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la mezcla mencionada es llevada a la temperatura de fusión del polímero o polímeros de los cuales está formada por medio de la reacción exotérmica.

4. Una mezcla polimérica inicial para la producción de materiales de plástico expandidos dentro de un molde caliente, caracterizada porque la mezcla polimérica comprende una matriz polimérica, isocianato, anhídrido, y catalizador adaptado para activar en su interior la reacción exotérmica representada por la siguiente reacción de trimerización de isocianato a isocianurato : 3 ^ W-^ ^ ¦¦¦IIQ I Y ISOCIANURATO o de conformidad con una o más de las reivindicaciones anteriores.

5. La mezcla de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque incluye (% en peso) : PVC = 35 - 60% Anhídrido = 1-20 % Isocianato = 20 - 50% Agentes de expansión = 0.5 - 7% Tensoactivo = 0.08 - 0.8% Catalizador de Trimerización de Isocianato = 0.1 - 02%

6. El material de plástico expandido, caracterizado porque se obtiene por medio del proceso y con la mezcla de conformidad con una o más de las reivindicaciones previas.

7. El material de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque es una espuma polimérica que tiene: Módulo de Almacenamiento de Tv 116°C Módulo de Pérdida de Tv 122 °C Delta Tan de Tv 142°C.

8. Un producto de material plástico expandido, caracterizado porque es producido con el material plástico de conformidad con una de las reivindicaciones 6 ó 7.

9. El producto de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el material de plástico expandido está compuesto de espuma polimérica IPN consistente de poliamida - poliimida - cloruro de polivinilo - poliisocianurato - poliurea.