Un proceso para estirar en estado sólido una composición polimérica que comprende:

(a) proporcionar una composición polimérica que comprende una carga y un polímero orientable, teniendo la composición polimérica una temperatura de reblandecimiento;

(b) acondicionar la temperatura de la composición polimérica a dentro de un intervalo de temperatura de estirado que está entre 20ºC por debajo de la temperatura de reblandecimiento y 50ºC por debajo de la temperatura de reblandecimiento, incluyendo los extremos; y

(c) iniciar el estirado de la composición polimérica a través de una hilera de estirado mientras la composición polimérica permanece en el intervalo de temperatura de estirado y estirar la composición polimérica a una velocidad de estirado para producir una composición polimérica orientada;

donde la velocidad de estirado es 127 centímetros (50 pulgadas) por minuto o más rápida

Estirado en estado sólido de una composición polimérica cargada hasta un valor estable de cavitación y densidad.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un proceso de estirado en estado sólido para preparar composiciones poliméricas orientadas con cavidades, que contienen cargas.

Las composiciones poliméricas orientadas ofrecen beneficios en la resistencia frente a las composiciones poliméricas no orientadas. Históricamente, los procesos de estirado libre han proporcionado películas poliméricas con el beneficio de aumentar la resistencia mediante la orientación. Los procesos de estirado libre están exentos de restricciones físicas que controlan el estirado y ofrecen poco control sobre una forma final de un artículo polimérico. Por lo tanto, los procesos de estirado libre se hacen menos deseables según se hacen más complejas las formas transversales de un artículo.

Los intentos por establecer la orientación polimérica en artículos que tienen secciones transversales más complejas que una película delgada, conducen eventualmente al desarrollo de procesos de estirado en hilera en estado sólido. Los procesos de estirado en hilera en estado sólido, estiran una composición polimérica, a una temperatura por debajo de la temperatura de reblandecimiento de la composición polimérica a través de una hilera de estirado. La hilera de estirado fuerza a la composición polimérica a converger hacia una forma específica a la vez que orienta las cadenas poliméricas. Una hilera de estirado proporciona más control sobre la forma final de los artículos durante un proceso de estirado, que los procesos de estirado libre.

La orientación de las composiciones poliméricas cargadas se está haciendo de particular interés, especialmente para formar artículos de secciones transversales grandes (todas las dimensiones transversales mayores que 1,5 milímetros). La carga ofrece numerosos beneficios, quizás el más reconocido es la reducción del coste de materia prima para la composición polimérica. El uso cargas de fibra de madera en composiciones poliméricas orientadas ha sido particularmente popular para fabricar composiciones poliméricas orientadas que sirven como alternativa a los materiales de cubiertas de madera (es decir, cubiertas de materiales compuestos).

Ciertas cargas también inducen cavitación durante el proceso de estirado en estado sólido. La cavitación crea un volumen hueco en una composición polimérica. Por ejemplo, la patente europea 1242220B1 proporciona un ejemplo de una composición de polipropileno cargada con carga de madera (densidad de la composición aproximadamente 1 gramo por centímetro cúbico) que se estira a una velocidad de estirado de 48 pulgadas (122 centímetros) por minuto para obtener una composición polimérica orientada que tiene una densidad de 0,59 gramos por centímetro cúbico. Las composiciones estiradas que contienen carga de mica en polipropileno también revelan volúmenes huecos de cavitación de hasta 28,5%. (W.R. Newson and F.R. Maine, ORIENTED POLYPROPYLENE COMPOSITIONS MADE WITH MICA, folleto de la 8^a Conferencia internacional de materiales compuestos de plástico-fibra de madera, Madison, Wisconsin, Mayo 23-25, 2005). La cavitación puede ser beneficiosa para reducir la densidad de la composición polimérica orientada. Por lo tanto, las cargas pueden reducir simultáneamente el coste y la densidad de una composición polimérica orientada. Ambas características son atractivas para preparar materiales de construcción tales como cubiertas de materiales compuestos.

Es deseable conseguir un nivel estable de cavitación para producir tableros de densidad consistente a pesar de las fluctuaciones de las condiciones del proceso, tal como fluctuaciones en la velocidad de estirado, para producir composiciones poliméricas cargadas orientadas que tienen propiedades consistentes (es decir, densidad).

Breve sumario de la invención

La presente invención soluciona un problema consiguiendo un grado estable de cavitación en una composición polimérica que contiene cargas al cambiar la velocidad de estirado durante un estirado en estado sólido de la composición polimérica.

La experimentación que conduce a la presente invención reveló que el grado de cavitación en las composiciones poliméricas cargadas, aumenta con la velocidad de estirado, pero sorprendentemente solamente hasta una cierta velocidad de estirado. El aumento de la velocidad de estirado más allá de cierta velocidad de estirado tiene, si hay, un daño mínimo en el volumen hueco de la composición final debido a la cavitación, por lo tanto en la densidad de la composición final. En otras palabras, una representación del grado de cavitación (o volumen hueco debido a la cavitación) frente a la velocidad de estirado alcanza de manera inesperada una región constante a medida que la velocidad de estirado aumenta.

La presente invención es un proceso para estirar en estado sólido una composición polimérica que comprende: (a) proporcionar una composición polimérica que comprende una carga y un polímero orientable que tiene una temperatura de reblandecimiento; (b) acondicionar la temperatura de la composición polimérica dentro de un intervalo de temperatura de estirado que está entre la temperatura de reblandecimiento y 50ºC por debajo de la temperatura de reblandecimiento, incluyendo los extremos; y (c) iniciar el estirado de la composición polimérica mientras la composición polimérica permanece en el intervalo de temperatura de estirado y estirar la composición polimérica a una velocidad de estirado para producir una composición polimérica orientada; donde la velocidad de estirado es 127 centímetros (50 pulgadas) por minuto o más rápida.

Las realizaciones preferidas de la presente invención incluyen una cualquiera o una combinación de las siguientes limitaciones adicionales: el estirado tiene lugar a través de una hilera de estirado, deseablemente una hilera de estirado que induce un estirado proporcional de la composición polimérica; la composición polimérica permanece dentro del intervalo de temperatura de estirado según se estira; la carga es una carga inorgánica, especialmente una carga inorgánica inerte, más especialmente una carga seleccionada entre talco (incluyendo cualquiera o una combinación de materiales y grados disponibles comúnmente y conocidos bajo el nombre comercial "talco"), cenizas volantes, arcilla y carbonato de calcio; el polímero orientable es una poliolefina, especialmente una poliolefina seleccionada entre polímero basado en polipropileno y polietileno de alta densidad; la velocidad de estirado es 150 centímetros por minuto o más, 190 centímetro por minuto o más o 254 centímetros por minuto o más; el intervalo de temperatura de estirado está entre 10ºC, incluso 20ºC, por debajo de la temperatura de reblandecimiento y 50ºC por debajo de la temperatura de reblandecimiento de la composición polimérica; la carga está presente a una concentración de 20 por ciento en peso o más, en relación al peso de la composición polimérica tras el estirado; el proceso induce al menos 30 por ciento en volumen de espacio hueco en la composición polimérica; la composición polimérica experimenta una razón de estirado nominal de 1,2 o más y 8 o menos; y donde todas las dimensiones transversales de las composiciones poliméricas orientadas son mayores que 1,5 milímetros.

La presente invención es útil para preparar composiciones poliméricas cargadas orientadas, adecuadas para aplicaciones de construcción y construcción de edificios.

Descripción detallada de la invención

Términos

"Estado sólido" se refiere a un polímero (o composición polimérica) que está por debajo de la temperatura de reblandecimiento del polímero (o composición polimérica). Por tanto, "estirado en estado sólido" se refiere a estirar un polímero o composición polimérica que está a una temperatura por debajo de la temperatura de reblandecimiento del polímero (o composición polimérica).

"Composición polimérica" comprende al menos un componente polimérico y puede contener componentes no poliméricos.

"Temperatura de reblandecimiento" (T_s) para un polímero o composición polimérica que tiene como componentes poliméricos solamente uno o más de uno polímero semicristalino, es la temperatura de fusión para la composición polimérica.

"Temperatura de fusión" (T_m)...

1. Un proceso para estirar en estado sólido una composición polimérica que comprende:

donde la velocidad de estirado es 127 centímetros (50 pulgadas) por minuto o más rápida.

2. El proceso de la reivindicación 1, en el que la hilera de estirado induce un estirado proporcional de la composición polimérica.

3. El proceso de la reivindicación 1, en el que la composición polimérica permanece dentro del intervalo de temperatura de estirado según se estira.

4. El proceso de la reivindicación 1, en el que la carga es una carga inorgánica.

5. El proceso de la reivindicación 1, en el que la carga es una carga inorgánica inerte.

6. El proceso de la reivindicación 1, en el que la carga se selecciona de un grupo que consiste en talco, cenizas volantes, arcilla y carbonato de calcio.

7. El proceso de la reivindicación 1, en el que el polímero orientable es uno o más de un polímero semicristalino.

8. El proceso de la reivindicación 1, en el que el polímero orientable es una poliolefina.

9. El proceso de la reivindicación 1, en el que el polímero orientable se selecciona entre un polímero basado en polipropileno y polietileno de alta densidad.

10. El proceso de la reivindicación 1, en el que la velocidad de estirado es al menos 150 centímetros (60 pulgadas) por minuto.

11. El proceso de la reivindicación 1, en el que la velocidad de estirado es al menos 254 centímetros (100 pulgadas) por minuto.

12. El proceso de la reivindicación 1, en el que la carga está presente a una concentración de 20 por ciento en peso o más respecto al peso de la composición polimérica antes del estirado.

13. El proceso de la reivindicación 1, en el que el proceso induce al menos 30 por ciento en volumen de espacio hueco dentro de la composición polimérica.

14. El proceso de la reivindicación 1, en el que la razón nominal de estirado es 1,2 o más y 8 o menos.

15. El proceso de reivindicación 1, en el que todas las dimensiones transversales de la composición polimérica orientada son mayores que 1,5 milímetros.