PROCEDIMIENTO PARA PREPARAR POLIOLEFINAS REFORZADAS Y COMPOSICION DE POLIOLEFINA REFORZADA.

SE PREPARAN POLIOLEFINAS REFORZADAS CON FIBRAS, QUE CONTIENEN ENTRE EL 10 Y EL 70 % DE FIBRAS,

MEZCLANDO POLIMEROS DE POLIOLEFINA, FIBRAS REFORZADAS, SUSTANCIAS POLARES DE COMPATIBILIZACION E INICIADORES DE RADICALES; TRATANDO DICHA MEZCLA A TEMPERATURAS CONPRENDIDAS ENTRE 160 Y 310 (GRADOS) C Y LLEVANDO A CABO AL MENOS PARTE DE LA REACCION DE INJERTO DE LAS SUSTANCIAS POLARES DE COMPATIBILIZACION SOBRE LOS POLIMEROS DE POLIOLEFINA, EN PRESENCIA DE DICHAS FIBRAS DE REFUERZO

Procedimiento para preparar poliolefinas reforzadas y composición de poliolefina reforzada.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la preparación de composiciones que comprenden polímeros de poliolefina y copolímeros semicristalinos (polipropileno en particular) reforzadas con fibras vegetales.

En la técnica se conoce el uso de composiciones de poliolefina reforzada con fibras (y polipropileno cristalino en particular) en las partes estructurales de los interiores de vehículos. Las fibras de refuerzo preferidas son de origen vegetal, tales como harina de madera. Se prefiere el uso de fibras en general como reforzador para reforzar resinas de polipropileno a reforzadores no fibrosos tales como cargas minerales o microesferas de vidrio porque pueden obtenerse composiciones de características mecánicas superiores; en particular, la resistencia mecánica en cuanto a la capacidad para resistir a esfuerzos de tracción, flexión y cizallamiento pueden mejorarse con refuerzo de fibra pero no con carga.

Como ya se indicó, las resinas de poliolefina reforzada se usan para preparar partes estructurales de elementos (tal como paneles de equipamiento interno para vehículos a motor) que además tienen una parte visible que debe tener un mejor aspecto que la parte de resina reforzada. En otras palabras, todas las características estructurales y mecánicas de estos elementos se proporcionan por las partes estructurales. Por otro lado, el progreso técnico ha conducido a la introducción de nuevos procedimientos tales como moldeo por inyección que permite producir formas complejas, pero requiere características de alta fluidez en los materiales. Se hizo un énfasis adicional en la búsqueda de la alta fluidez cuando a los requisitos de la forma de productos complejos se les añadió la búsqueda de reducción de peso, conduciendo a una reducción en el espesor del moldeo. Esta reducción en el espesor condujo a su vez a una demanda de propiedades mecánicas mejoradas de los materiales poliméricos.

La adición de cantidades de fibras de hasta incluso el 60% del peso del producto final provoca un cambio considerable en las características reológicas de la composición. Más específicamente, se obtiene una reducción de la fluidez tan drástica que la composición ya no puede trabajarse fácilmente. En un intento por resolver estos problemas, se usaron matrices de polímeros de alta fluidez con la esperanza de compensar al menos en parte la reducción posterior en las características reológicas.

Tanto el documento US-A-4.717.743 como el documento EP-A-0540026 describen el uso de bases de polipropileno de alta fluidez (MFI>20 a 230ºC y 2,16 kg) como la matriz de partida, usando entre el 10 y el 60% de fibra vegetal (polvo de madera y fibra de papel de periódico) y usando entre el 2 y el 120% de poliolefinas modificadas de modo que los grupos polares provocarán la interacción entre la matriz y el refuerzo.

Obtener un material compuesto reforzado compatible químicamente según la presente técnica es bastante complicado y de alto coste ya que se necesita producir por separado en primer lugar en la prensa extrusora un polipropileno de alta fluidez (habitualmente mediante degradación de peróxido), después (mediante reacción radicalaria) una poliolefina con sustancias polares injertadas que tienen un doble enlace, tal como anhídrido y éster maleico, éster y ácido acrílico. Los productos así producidos deben mezclarse entonces (siempre por extrusión) y se les añade la fibra de refuerzo.

Este método es de alto coste y no siempre da los resultados deseados ya que los procedimientos de preparación de los diversos componentes de la mezcla generan oxidación térmica y las poliolefinas con sustancias polares injertadas no siempre mejoran las propiedades del producto final.

El objetivo de la presente invención es resolver los inconvenientes mencionados anteriormente y proporcionar un procedimiento para preparar polímeros de poliolefina, concretamente polipropileno, que tienen una fluidez tal como para permitir su uso en cualquier procedimiento de moldeo mientras que al mismo tiempo proporcionan las características estructurales requeridas.

Tal objetivo se alcanza mediante el procedimiento según la reivindicación 1.

De hecho, se descubrió sorprendentemente que pueden producirse poliolefinas reforzadas en las que la matriz de polímero está químicamente unida al refuerzo, mediante un procedimiento de transformación reactiva. Con un procedimiento de este tipo es posible producir materiales con el comportamiento reológico requerido y las características mecánicas deseadas.

Según un aspecto preferido de la invención, los (co)polímeros de polipropileno usados se mezclan con desde el 10 hasta el 70% en peso de fibra de refuerzo, desde el 0,1 hasta el 3,0% en peso de sustancias polares y desde el 0,02 hasta el 1,5% en peso de iniciadores de radicales.

Según otro aspecto de la invención, la fibra de refuerzo usada es fibra vegetal, fibra de madera en particular.

Según otro aspecto de la invención, las sustancias polares se eligen de ácido fumárico, ácido maleico, sus anhídridos o mezclas de los mismos.

Según otro aspecto de la invención, el procedimiento puede llevarse a cabo o bien en una prensa extrusora durante la producción de productos semiacabados (gránulos, placas, piezas estiradas) o bien directamente en la etapa de moldeo por inyección de la producción del producto final.

El procedimiento según la invención tiene varias ventajas sobre el estado actual de la técnica. Reduce drásticamente el tiempo de producción completando en una etapa tanto la reacción del polipropileno de partida con los iniciadores de radicales para producir la fluidez requerida como su reacción con las sustancias polares para unir químicamente la matriz de polímero a las fibras de refuerzo.

Otra ventaja es que el polímero puede prepararse mediante reacción en una prensa extrusora o directamente en el procedimiento de moldeo por inyección o co-inyección.

Otra ventaja es que la fluidez de la mezcla puede mantenerse constante, aumentarse o reducirse dependiendo del procedimiento de transformación y/o producción de los productos semiacabados.

Otra ventaja es que el polímero reforzado así obtenido tiene mejores características mecánicas que polímeros similares producidos mediante tecnología tradicional de múltiples etapas, lo que proporciona en primer lugar injertar las sustancias compatibilizantes a una poliolefina, después mezclar esta poliolefina con el polipropileno que constituye la base de la composición final, y por ultimo añadir las fibras de refuerzo.

Como se mencionó anteriormente, el procedimiento de la invención consiste en mezclar a una temperatura de desde 160ºC hasta 310ºC polímeros de polipropileno con sustancias polares con doble enlace e iniciadores de radicales y someter inicialmente a tratamiento térmico la mezcla obtenida, después añadir fibras vegetales a la mezcla y completar el tratamiento térmico reforzando e injertando así al mismo tiempo. En otras palabras, las sustancias polares compatibilizantes se injertan en la misma resina de poliolefina que es la base de poliolefina de la mezcla.

Debe enfatizarse que no se necesita preparar la mezcla antes de su uso ya que la invención proporciona que el mezclado se produzca incluso directamente en la prensa extrusora o en la prensa de moldeo por inyección.

Los medios para llevar a cabo el procedimiento según la invención pueden ser cualquiera conocido en la técnica. Por ejemplo, pueden usarse mezcladoras de tipo "Banbury" y "Turbomix" así como los medios mencionados anteriormente.

El periodo de tratamiento se define como el tiempo real durante el cual se mantiene la mezcla a la temperatura mencionada anteriormente entre 160ºC y 310ºC. El periodo de tratamiento máximo es el que evita fenómenos de oxidación térmica del material.

Los polímeros de propileno son homo y copolímeros de propileno, en particular los que tienen un índice isotáctico de más del 30%, copolímeros que contienen una o más alfa-olefinas con 2-10 átomos de carbono por ejemplo, etileno, 1-buteno, 1-penteno, 4-metil-1-penteno, 1-hexeno, 1-octeno; composiciones a base de propileno obtenidas mediante polimerización de propileno y/o de mezclas de propileno con etileno y/o alfa-olefina; propileno sindiotáctico, polímeros y copolímeros de propileno con EPDM y/o cargas tales como talco, mica, wolastonita.

Los (co)polímeros...

1. Procedimiento para la preparación de poliolefinas reforzadas caracterizado por comprender las siguientes etapas: mezclar polímeros de poliolefina, sustancias polares con doble enlace compatibilizantes e iniciadores de radicales y someter inicialmente a tratamiento térmico la mezcla obtenida a una temperatura dentro del intervalo de 160ºC y 310ºC, después añadir fibras vegetales a la mezcla y completar el tratamiento térmico en la mezcla que contiene dichas fibras vegetales y llevar a cabo al menos parte de la reacción de injerto de dichas sustancias polares compatibilizantes en dichos polímeros de poliolefina en presencia de dichas fibras vegetales.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que sustancialmente todo el tratamiento térmico se lleva a cabo en una mezcla que contiene dichas fibras de refuerzo.

3. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho tratamiento térmico se lleva a cabo simultáneamente con una extrusión de dicha mezcla.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho tratamiento térmico se lleva a cabo simultáneamente con un moldeo por inyección de dicha mezcla.

5. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho tratamiento térmico se lleva a cabo según un perfil de temperatura.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dichos polímeros de poliolefina son polímeros de polipropileno, estando la cantidad de dichas fibras de refuerzo dentro del intervalo del 10% al 70% en peso, estando la cantidad de dichas sustancias polares dentro del intervalo del 0,1% al 3% en peso, estando la cantidad de dichos iniciadores de radicales dentro del intervalo del 0,02% al 1,5% en peso.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dichas fibras de refuerzo son fibras vegetales originadas en materiales seleccionados de madera, yute, cáscara del arroz, lino o mezclas de los mismos y que tienen una densidad aparente de entre 0,05 y 0,3 g/cm³ y una longitud promedio de entre 0,1 mm y 4,0 mm.

8. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que dichas sustancias polares compatibilizantes se seleccionan de ácido maleico, ácido fumárico, anhídrido maleico, anhídrido fumárico o mezclas de los mismos.

9. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que dichos polímeros de polipropileno tienen un índice isotáctico superior al 30% y un índice de flujo del fundido (MFI) de entre 0,1 y 30 g/10 min a 230ºC/2,16 kg.