Procedimiento de fabricación de un polímero termoplástico relleno.

Procedimiento para la fabricacion de un material polimero termoplastico obtenido por policondensacion, sensible a la degradacion hidrolitica y si procede higroscopico, cargado con al menos un material de relleno, preferentemente carbonato de calcio CaCO3, en particular PET, generandose bajo condiciones de vacio, constante agitacion o mezcla y una temperatura mas elevada una mezcla de material polimero aun no fundido, si procede ablandado, y de material de relleno, empleandose para ello un material de relleno no presecado en el momento de adicion con una humedad residual

(H2O) de mas de 500 ppm, en particular de mas de 1000 ppm.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/AT2009/000127.

Solicitante: EREMA ENGINEERING RECYCLING MASCHINEN UND ANLAGEN GESELLSCHAFT M.B.H..

Nacionalidad solicitante: Austria.

Dirección: FREINDORF UNTERFELDSTRASSE 3 4052 ANSFELDEN AUSTRIA.

Inventor/es: WENDELIN, GERHARD, HACKL,MANFRED, FEICHTINGER,KLAUS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS;... > C08J3/00 (Procesos para el tratamiento de sustancias macromoleculares o la formación de mezclas)

PDF original: ES-2543204_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento de fabricación de un polímero termoplástico relleno Sector de la invención la presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un material polimero termoplástico obtenido por policondensación, sensible a la degradación hidrolítica y, si procede, higroscópico, cargado con al

menos un material de relleno, preferentemente carbonato de calcio CaC03, en particular PET, generándose bajo condiciones de vacío, constante agitación o mezcla y una temperatura más elevada una mezcla de material polímero aún no fundido, si procede ablandado, y de material de relleno, empleándose para ello un material de relleno no presecado en el momento de adición, con una humedad residual (H20) de más de 500 ppm, en particular de más de 1000 ppm, o bien un uso como el descrito en la reivindicación 13.

Antecedentes de la invención Del estado de la técnica se conocen numerosos plásticos o polímeros cargados con un material de relleno, por ejemplo un polvo mineral inerte. Generalmente, la mezcla con material de relleno se efectúa para reducir los costes medios del producto o para conferirle al producto ciertas propiedades.

También se conocen numerosos procedimientos con los que se pueden mezclar materiales de relleno con un polímero. Esto permite añadir los materiales de relleno por ejemplo a una masa fundida de plástico. Además, existe la posibilidad de realizar una "mezcla fria", en la que el plástico y los materiales de relleno se mezclan entre sí a baja temperatura, ya continuación se calienta y funde la mezcla.

Asimismo existe la posibilidad de añadir los materiales de relleno a un material polímero precalentado y ablandado, produciéndose aqui la fusión de la mezcla en otro paso del proceso. Se conoce un procedimiento de este tipo por ejemplo de EP 1 401 623. En este caso, los materiales de relleno se mezclan con poliolefinas,

como por ejemplo polietileno o polipropileno, llevando primero el material polímero a un estado reblandecido y añadiendo a continuación los materiales de relleno, carbonato de calcio en el presente caso. A continuación se funde o compacta la mezcla.

También se conoce del estado de la técnica la mezcla de materiales termoplásticos obtenidos por

policondensación, los denominados policondensados, en particular el poliéster, especialmente el PET, y de materiales de relleno, por ejemplo carbonato de calcio. Este tipo de poliésteres cargados se emplean por ejemplo para botellas.

Sin embargo, en los policondensados, en particular en los poliésteres, hay que tener en cuenta en general las 40 propiedades particulares de este tipo de plásticos, que hacen que el reciclaje o reprocesamiento de estos plásticos sea delicado y problemático.

Para mayor claridad, cabe indicar que por ejemplo el PET puede presentarse con dos estructuras distintas, en concreto en forma amoría o en forma cristalina o semicristalina. El PET amorfo es generalmente transparente, 45 el PET cristalino es opaco o blanco. Como en todos los termoplásticos que pueden presentarse en forma amoría o cristalina, tampoco en el caso del PET se puede alcanzar un grado de cristalinidad del 100 %. Únicamente una parte de la estructura del PET es capaz de orientarse, es decir, de cristalizar. Las zonas cristalinas y amorías se alteman, por lo que concretamente hay que hablar de una semicristalinidad. En el PET es posible alcanzar un grado de cristalinidad de aproximadamente el 50 %. Esto significa que, en este estado,

la mitad de las cadenas moleculares se han orientado unas respecto a otras, es decir, se han colocado en paralelo unas junto a otras o se han enrollado en forma circular. Por lo tanto, forzosamente aumentarán en las zonas semicristalínas las interacciones, en particular las fuerzas de van der Waals, entre las cadenas moleculares. En consecuencia, las cadenas se atraen mutuamente y, con ello, los intersticios entre las cadenas moleculares se hacen más pequeños.

Pero hay ciertos factores que pueden destruir la estructura molecular del PET.

la degradación térmica de las cadenas moleculares produce un primer mecanismo de descomposición. los enlaces entre las distintas moléculas se destruyen por un calentamiento demasiado elevado. Por este motivo,

es necesario observar un determinado tiempo de permanencia y una temperatura de procesamiento apropiada para lograr un producto de alta calidad.

El segundo mecanismo de descomposición relevante es la degradación hidrolítica; es decir, el PET, al igual

que otros policondensados, es sensible al agua o a la humedad: El agua o la humedad proviene básicamente de dos fuentes . Por un lado, el PET posee una estructura higroscópica, es decir, el PET absorbe la humedad. Esta se deposita en los intersticios intermoleculares y permanece a modo de denominada humedad interior dentro del propio polímero o en su interior. La humedad interior del polímero original depende de las respectivas condiciones ambientales. El PET tiene una cierta humedad de equilibrio intema, que en los climas templados está en tomo a 3000 ppm.

Además, existe humedad adicional en la superficie exterior del polímero o de los copos de polímero (humedad 10 exterior) , la cual también debe tenerse en cuenta en el procesamiento.

En caso de haber demasiada humedad en el procesamiento o durante el reciclaje o extrusión del PET independientemente de dónde provenga -, las cadenas de polímero del PET se disocian hidrolíticamente y, por una reacción quimica, se vuelven a formar parcialmente los productos de partida, en concreto ácido tereftálico y etilenglicol. Esta degradación hidrolítica de la longitud de las cadenas de las moléculas produce una fuerte degradación de la viscosidad, así como un deterioro de las propiedades mecánicas del producto final o bien cambios desventajosos en las propiedades del plástico. El daño puede ser incluso tan elevado que el material ya no se puede emplear para la elaboración de botellas, films, etc.

El poliéster es especialmente sensible a la humedad sobre todo a temperaturas más elevadas; en especial las masas fundidas de polímero reaccionan con extrema rapidez al agua a unos 2800 e, y el PET se descompone en cuestión de segundos. Sin embargo, para poder procesar nuevamente el PET durante el reciclaje, es imprescindible aportar energia al material en forma de calor, especialmente durante la extrusión final.

Por lo tanto, para proteger el policondensado de la degradación hidrolítica y mantener las cadenas del polímero, se debe extraer a ser posible toda la humedad del material antes del reprocesamiento o antes de un aumento demasiado elevado de la temperatura y observar durante el procesamiento un ajuste apropiado de la temperatura y del tiempo de permanencia.

En consecuencia, si se quiere procesar o tratar PET húmedo, y se introduce este PET en un compresor de corte, es preciso intentar impedir un daño hidrolítico del poliéster mediante la aplicación de las medidas apropiadas. Para obtener un producto final de la calidad correspondiente, en el reciclaje o en el procesamiento de policondensados sensibles como los poliésteres es preciso reducir lo máximo posible la humedad interior, así como la humedad exterior que se adhiere a la superficie del plástico. Únicamente mediante el

correspondiente secado, en particular por debajo de 100 ppm, se mantiene la degradación hidrolítica dentro de unos límites.

Para ello se dispone de distintas posibilidades técnicas procedimentales. Por ejemplo, se puede intentar eliminar la humedad exterior adherente del plástico con la aplicación de vacío o aumentando la temperatura.

Pero para ello deben tenerse en cuenta también otros problemas técnicos procedimentales. Por ejemplo,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la fabricación de un material polímero termo plástico obtenido por policondensación, sensible a la degradación hidrolílica y si procede higroscópico, cargado con al menos un material de relleno, preferentemente carbonato de calcio CaC03, en particular PET, generándose bajo condiciones de vacio, constante agitación o mezcla y una temperatura más elevada una mezcla de material polímero aún no fundido, si procede ablandado, y de material de relleno, empleándose para ello un material de relleno no presecado en el momento de adición con una humedad residual (H20) de más de 500 ppm, en particular de más de 1000 ppm.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que como material de relleno se emplea al menos un mineral inerte en polvo, por ejemplo caolines, silicatos, diÓxido de titanio, preferentemente carbonato de calcio CaC03.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que como material de relleno se emplea un material de relleno sin tratamiento de la superficie o sin recubrimiento.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 1 a la 3, caracterizado por que se emplea como material de relleno un material de relleno con un tamaño medio de grano o bien un valor D 50 inferior a 50

IJm, en particular de entre 2 y 15 IJm, y/o con una superficie especifica de entre 2 y 11 m2lg, en particular de entre 5 y 9 m2lg.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 1 a la 4, caracterizado por que el material polímero presenta en el momento de la adición de al menos una parte de la cantidad, en particu lar de la cantidad

completa, del material de relleno un estado reblandecido o bien una temperatura de más de 300 e por debajo de su punto de ablandamiento de Vicat (10 N) , pero aún por debajo de su punto de fusión.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 1 a la 5, caracterizado por que el material plástico a tratar, o bien el material plástico si procede ya mezclado con el material de relleno, se calienta en al 30 menos un recipiente colector o reactor evacuable bajo constante mezcla o movimiento ylo trituración a una temperatura por debajo a la temperatura de fusión y, preferentemente, por encima de la temperatura de transición vítrea del material plástico, y simultáneamente con ello, especialmente en un solo paso, se cristaliza, seca y/o purifica, empleándose para la mezcla ylo calentamiento del material plástico, en particular a una temperatura de entre 700 y 2400 C, preferentemente de entre 1300 y 2100 C, al menos 35 una herramienta de trituración o de mezcla, si procede en varios niveles superpuestos, en particular que gira alrededor de un eje vertical, con cantos de trabajo que trituran ylo mezclan el material, efectuándose el calentamiento en particular mediante la aplicación de energia mecánica, realizándose el procesamiento preferentemente bajo un vacio :S 150 mbar, preferentemente :S 50 mbar, en particu lar :S 20 mbar, especialmente de entre 0, 1 y 2 mbar, y permaneciendo los materiales plásticos en el reactor en particular

durante un tiempo medio de permanencia de entre 10 y 200 min, en particular de entre 40 y 120 mino 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 1 a la 6, caracterizado por Que el procedimiento se realiza en una fase dentro de un único reactor o en la zona de entrada de un extrusor o bien por Que el material plástico, si procede mezclado ya con el material de relleno, se calienta, seca, cristaliza y purifica 45 en una sola operación, en particular en un único reactor, y/o por que el procedimiento se efectúa con o sin presecado ylo con o sin precristalización del material plástico.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 1 a la 7, caracterizado por Que el procedimiento se realiza en varias fases, en particular en dos fases, disponiéndose para ello dos o más recipientes 50 colectores o reactores en serie y/o en paralelo, y pasando el material plástico, si procede mezclado ya con el material de relleno, por estos recipientes por orden consecutivo, aplicándose preferentemente las condiciones del procedimiento según las reivindicaciones anteriores en al menos un recipiente, en particular en el primer recipiente Que recibe alimentación, o bien para el pretratamiento, llevándose el material plástico, preferentemente en un pretratamiento antepuesto, a un temperatura en particular

cercana a la temperatura de proceso del tratam iento principal.

9. Procedimiento según la reivindicaciÓn 8, caracterizado por que el material plástico se somete en la primera fase a un pretratamiento, en particular bajo condiciones de vacio, mediante la aplicación de energía mecánica y con ello se calienta y, a una temperatura más elevada, se seca y, si procede, se 60 cristaliza simultáneamente, y por que a continuación se realiza un tratamiento principal del material plástico en una segunda fase Que precede a una eventual plastificación o fusión del material plástico, secándose y cristalizándose aún más bajo movimiento en dicho tratamiento principal el material plástico, en particular bajo condiciones de vacio, nuevamente mediante la aplicación de energía meCé'lnica, llevándose a cabo este tratamiento principal en particular a una temperatura más elevada en comparación con el pretratamiento, manteniéndose la temperatura del tratamiento principal en particular por debajo de la temperatura de plastificación o de fusión del material plástico.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 1 a la 9, caracterizado por que el material plástico se somete al pretratamiento en flujo continuo yfo por que el procedimiento se realiza de forma continua o discontinua o bien en proceso "batch".

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 1 a la 10, caracterizado por que los materiales de relleno se emplean con un grado de humedad residual y en una cantidad tales que la humedad en todo el sistema o bien la humedad de la mezcla es inferior a 100 ppm.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones de la 1 a la 11, caracterizado por que la mezcla, una vez

realizado el tratamiento, se somete finalmente, si procede, a una fase de compactación, en particular a una fusión o a una extrusión.

13. Uso de al menos un material de relleno no presecado en el momento de adición, preferentemente carbonato de calcio CaC03, con una humedad residual de más de 500 ppm, para la fabricación de un 20 material polímero termoplástico obtenido por polícondensación, sensible a la degradación hidrolítica y si procede higroscópico, en particular PET, cargado con este material de relleno, conforme al procedimiento según una de las reivindicaciones de la 1 a la 12, generándose bajo condiciones de vacío, constante agitación o mezcla y una temperatura más elevada, en particular en un compresor de corte calefactable y evacuable con herramientas de mezcla o de trituración, una mezaa de material polímero aún no fundido,

si procede ablandado, y de material de relleno, sometiéndose la mezcla finalmente, si procede, a una fase de compactación.