PROCESO PARA LA PREPARACION DE GRANULOS A BASE DE POLIMEROS TERMOPLASTICOS EXPANDIBLES Y PRODUCTOS AFINES.

Proceso para la producción continua de gránulos a base de polímeros termoplásticos,

que comprende al menos un agente expandible y, opcionalmente, otros polímeros o aditivos, entre los cuales pigmentos inorgánicos insolubles en la matriz polimérica, de forma que se prepara una primera corriente principal en el estado fundido y una segunda co-rriente en el estado fundido, que engloba los aditivos y que se añade a la primera corriente. La mezcla es extruida a través de una boquilla que se enfría por medio de chorros de agua de toberas colocadas detrás de las cuchillas de corte

Proceso para la preparación de gránulos a base de polímeros termoplásticos expandibles y productos afines.

La presente invención se refiere a un proceso para la producción continuada de gránulos expandibles a base de polímeros termoplásticos y productos afines.

El término "gránulos expandibles a base de polímeros termoplásticos" tal como se utiliza en la presente descripción y en las reivindicaciones, se refiere a polímeros termoplásticos, por ejemplo polímeros aromáticos de vinilo, en forma de gránulos que contienen un sistema expandible y posiblemente otros aditivos, donde la forma de los gránulos es esencialmente elipsoidal, por ejemplo, la forma de una nuez o una forma lenticular, que tiene un volumen de partícula que oscila entre 0,02 y 3,5 mm³.

Estos polímeros termoplásticos expandibles en forma de gránulos, después de su expansión y moldeo, se utilizan especialmente en la producción de electrodomésticos u otro equipamiento industrial, en el envasado y el aislamiento térmico en la industria de la construcción, debido a sus propiedades termo-aislantes.

El proceso y el equipo aquí descrito, objeto de la presente invención, permiten la producción a gran escala de dichos polímeros termoplásticos expandibles a un precio moderado y con una constancia cualitativa muy mejorada.

Los polímeros termoplásticos, por ejemplo, los polímeros aromáticos de vinilo como el poliestireno pueden hacerse expandibles incorporando un agente expandible en la matriz polimérica. Los agentes expandibles típicos para los polímeros de vinilo aromáticos incluyen al menos un hidrocarburo líquido que contiene de 3 a 7 átomos de carbono, un hidrocarburo halogenado, dióxido de carbono o agua. La cantidad de agente expandible oscila entre el 2 y el 15% en peso.

Los polímeros expandibles se fabrican en general como perlas o gránulos, los cuales bajo la acción del calor, administrados por ejemplo por acción del vapor se expanden inicialmente hasta que se alcanza una densidad deseada, después de un cierto periodo de envejecimiento son sinterizados en moldes cerrados para producir bloques de los productos finales deseados.

Las perlas expandibles se pueden obtener por medio de un proceso de polimerización discontinuo en suspensión. Este proceso que es bien conocido por los expertos en este campo, tal como se ha descrito en las patentes americanas US 2.673.194 y US 4.500.692 comprende las etapas siguientes:

1. Un proceso para la preparación en continuo de gránulos expandibles basados en polímeros termoplásticos, por medio de una boquilla de granulación, que incluye las etapas siguientes:

        i)        llevar una corriente de polímero aromático vinílico fundida a una temperatura de referencia, de forma que dicha temperatura de referencia oscile entre la temperatura crítica del sistema que se expande menos 25ºC y la temperatura crítica del sistema que se expande más 25ºC;

        ii)        incorporar una segunda corriente de material polimérico fundido, de un 0 a un 60% en peso, con respecto al peso de la corriente resultante, de aditivos orgánicos e inorgánicos que se caracteriza porque tienen menos de un 10% en peso de partículas con un diámetro mayor que la mitad del diámetro de los orificios de la boquilla;

        iii)        incorporar un sistema que se expande a la composición polimérica en el estado fundido (ii) a una presión de referencia, en el que dicha presión de referencia es mayor que la presión crítica del sistema que se expande;

        iv)        incorporar la composición polimérica (iii) a la corriente de polímero aromático vinílico (i);

        vii)        granular la composición polimérica expandible así obtenida en la cámara de corte de un dispositivo para la granulación en caliente de los polímeros termoplásticos, que comprende:

a)        una boquilla, formada por un cuerpo cilíndrico que incluye una serie de orificios de extrusión en la superficie externa y de conductos de aducción del polímero, colocados dentro del cuerpo cilíndrico, en correspondencia con y conectados a los orificios;

b)        un grupo de cuchillas, situadas en correspondencia con los orificios de la boquilla, conectadas rígidamente a un eje de rotación;

c)        un grupo de toberas, situado detrás del grupo de cuchillas, que genera un chorro de líquido dirigido contra la boquilla;

d)        una entrada por la cual se alimenta una corriente de gas; y en la cual la corriente de gas procedente de dicha entrada (d) impide que se inunde la cámara de granulación.

2. El proceso conforme a la reivindicación 1, en el que el sistema que se expande consta de un agente de expansión o bien de una mezcla de agentes de expansión.

3. El proceso conforme a la reivindicación 1 ó 2, en el que el sistema que se expande se calienta a una temperatura similar o superior a la temperatura de transición vítrea de la mayoría polimérica en peso, antes de incorporarse a la corriente polimérica.

4. El proceso conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa siguiente se introduce antes de la granulación (vii):

        vi)        pasar la composición expandible a través de un filtro, que se caracteriza porque el espaciado de la malla de la red es igual a no más de la mitad del diámetro de los orificios de la boquilla, manteniendo la presión del producto fundido en un valor superior a la presión crítica del sistema que se expande.

5. El proceso conforme a la reivindicación 4, en el que el filtro se caracteriza por un tamaño de malla que oscila entre una décima y una tercera parte del diámetro de los orificios de la boquilla.

6. El proceso conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema que se expande se incorpora directamente a la corriente aromática vinílica (i).

7. El proceso conforme a la reivindicación 6, en el que la incorporación (iv) de la composición polimérica y el sistema que se expande se realizan por medio de unos dispositivos de mezcla estáticos o dinámicos, durante un tiempo de residencia mínimo de 100 segundos y, al mismo tiempo, manteniendo la presión del producto fundido en un valor superior a la presión crítica del sistema que se expande.

8. El proceso conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa siguiente se introduce antes de la de granulación (vii):

        v)        enfriar la composición polimérica expandible (iv) a una temperatura que es al menos 50ºC mayor que la temperatura de transición vítrea del polímero mayoritario, con respecto al peso, manteniendo la presión del producto fundido en un valor superior a la presión crítica del sistema que se expande.

9. El proceso conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas siguientes, después de la granulación de la composición polimérica expandible (vii):

        viii)        calentando la composición expandible granulada a una temperatura que oscila entre la temperatura de transición vítrea de la composición expandible menos 15ºC a la temperatura de transición vítrea de la composición expandible más 15ºC, durante un periodo de tiempo mayor de 60 segundos:

        ix)        enfriamiento de los gránulos recocidos a una temperatura no superior a 45ºC.

10. El proceso conforme a la reivindicación 9, en el que la etapa de recocido se lleva a cabo durante un periodo no mayor de 180 segundos, y en el que tanto la etapa de recocido (viii) como la etapa de enfriamiento (ix) se realizan a una presión superior a 0,5 bar.

11. El proceso conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha corriente polimérica aromática vinílica de la etapa (i) está en el estado fundido y viene directamente de una planta de polimerización.

12. El proceso conforme a la reivindicación 11, en el que dicha corriente polimérica aromática vinílica que procede de la salida de un desvolatilizador, pasa directamente al estado fundido.

13. El proceso conforme a cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 10, en el que dicha corriente de polímero aromático vinílico de la etapa (i) se obtiene mezclando las partículas sólidas de los polímeros en un extrusor.

14. El proceso conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material polimérico aromático vinílico (i) se fabrica mediante la polimerización del estireno con un 0-50% en peso de alfa-metilestireno; metacrilato de alquilo, en el que el grupo alquilo es un grupo C₁-C₄-alquilo; acetato de vinilo; acrilonitrilo; dienos conjugados y mezclas de los mismos.

15. El proceso conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material polimérico en la etapa (ii) se elige entre los materiales siguientes:

        a)        homopolímeros, copolímeros aleatorios y copolímeros de bloque que tienen una base aromática vinílica, elegidos entre el poliestireno, estireno-butadieno-estireno, estireno-isopreno-estireno, estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS), estireno-etileno-propileno (SEP), copolímeros de butacrilato de estireno, poliestireno de alto impacto (HIPS), acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), estireno-acrilonitrilo (SAN);

        b)        polímeros basados en olefinas, seleccionados de etileno-acetato de vinilo (EVA), polietileno (PE), tereftalato de polibutileno (PBT), tereftalato de polietileno (PET);

        c)        (co)polímeros de condensación seleccionados de los policarbonatos y poliésteres, polímeros (met) acrílicos, éter de polifenileno (PPO/PPE) polímeros de ingeniería técnica, poliamidas, polilactatos.

16. El proceso conforme a cualquiera de las anteriores reivindicaciones, donde una parte o la totalidad del polímero en la etapa (ii) se obtiene mezclando los productos aromático vinílicos posconsumidor.

17. El proceso conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los aditivos en la etapa (ii) se seleccionan de:

        a)        carbón elemental procedente de negro de humo, coque, nanofibras de carbono, carbón vítreo y material de grafito con un grado de grafitización, calculado mediante la fórmula de Maire y Mering, de al menos 0,2.

        b)        agentes autoextinguibles seleccionados entre compuestos alifáticos o aromáticos halogenados o compuestos libres de halógenos

        c)        agentes autoextinguibles sinergísticos seleccionados de los compuestos que tienen un enlace lábil C-C, N-N ó O-O;

        d)        derivados inorgánicos de silicona, magnesio, aluminio, elegidos del talco, hidrotalcita y mica;

        e)        óxidos y dicalcogenuros de metales y semimetales.

18. El proceso conforme a cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la etapa (ii) es sustituida por la siguiente:

        (ii)        aporte de al menos una segunda corriente de polímero aromático vinílico fundido a una temperatura de referencia, de forma que dicha temperatura de referencia oscila entre la temperatura crítica del sistema que se expande menos 25ºC y la temperatura crítica del sistema que se expande más 25ºC.

19. Una composición polimérica en partículas fabricada conforme al proceso de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, capaz de ser procesada para dar partículas expandidas con una densidad inferior o igual a 50 g/l y un contenido en células cerradas de al menos un 60% tal como requiere la ASTM D-2856, caracterizado porque las partículas tienen un factor de forma que varía entre 0,6 y 0,99.