Composición polimérica, que comprende A) una resina de poliolefina seleccionada del grupo consistente en homo- y copolímeros de polietileno,

polipropileno y mezclas de los mismos, B) entre un 2 y un 50% en peso de una fibra de celulosa artificial, altamente cristalina, y C) entre un 0,05 y un 10% en peso de un compatibilizante, en donde la fibra de celulosa artificial, altamente cristalina, es una fibra no rizada que tiene una cristalinidad, según se determina por difracción de rayos X de ángulo amplio (WAXD), de por lo menos el 35% y un módulo de tracción de por lo menos 10 GPa, produciéndose dicha composición en un proceso de mezcla en fusión

Composiciones de poliolefina con fibras regeneradas de celulosa altamente cristalinas.

La presente invención se refiere a composiciones de poliolefina que comprenden fibras de celulosa artificiales con un módulo muy elevado para mejorar el comportamiento mecánico de dichas composiciones al mismo tiempo que manteniendo una baja densidad. La presente invención se refiere además a fibras de celulosa artificiales altamente cristalinas con un módulo muy elevado, producidas en un proceso de hilatura en solución y especialmente adecuadas para dichas composiciones. La presente invención se refiere también a un proceso de mezcla en fusión con intensidad de cizalladura y entrada de energía controladas, especialmente adecuado para la producción de dichas composiciones.

Técnica anterior

Las poliolefinas tales como el polietileno y el polipropileno son materiales termoplásticos importantes que se usan en una amplia variedad de aplicaciones, pero que presentan limitaciones técnicas cuando se trata de aplicaciones que requieren un módulo muy elevado y una estabilidad termomecánica. En tales casos, se utilizan frecuentemente composiciones de poliolefina con agentes de refuerzo teniendo en cuenta las mejoras alcanzables con las mismas en relación con las propiedades mecánicas, tales como el módulo, la resistencia a impactos y la resistencia al calor con o sin carga aplicada. Dichas composiciones de poliolefina reforzadas se usan para piezas de automoción, tubos, perfiles, componentes eléctricos y electrónicos así como artículos domésticos.

Los agentes de refuerzo usados comúnmente son en su mayoría de naturaleza inorgánica tales como fibras o plaquetas de vidrio, polvo de talco o wollastonita, arcilla natural o sintética. Una propiedad común de todos estos agentes de refuerzo inorgánicos usados habitualmente es el hecho de que su densidad es significativamente mayor que la densidad de las poliolefinas, lo cual da como resultado un aumento de la densidad para las composiciones de poliolefina reforzadas. Junto a este efecto negativo, los agentes de refuerzo inorgánicos son además no combustibles, lo cual da como resultado la formación de cenizas y escorias en procesos de reciclaje energético. Además, especialmente las fibras de vidrio y minerales usadas comúnmente en la modificación de las poliolefinas provocan un deterioro del aspecto superficial de las piezas moldeadas o extruidas que se producen a partir de la composición de poliolefina reforzada, mientras que prácticamente todos los agentes de refuerzo inorgánicos provocan un deterioro de la resistencia de dichas piezas a las rayaduras. Otro problema relacionado con estos refuerzos es la abrasividad de ciertos modificadores inorgánicos -como fibras vidrio o wollastonita- lo cual limita la vida útil de los equipos de producción y transformación.

Por lo tanto, resultaba deseable encontrar otros agentes de refuerzo adecuados que no presentasen estos inconvenientes. Las fibras orgánicas, especialmente de naturaleza celulósica, parecen resultar adecuadas debido a su menor densidad, su completa combustibilidad y su naturaleza no termoplástica. Las composiciones termoplásticas con fibras celulósicas para mejorar su resistencia mecánica se conocen en general a partir tanto de la literatura científica como de las patentes. Las mismas se pueden clasificar aproximadamente en tres categorías:

En el caso de las poliolefinas, las composiciones de tipo 1 se describen, por ejemplo, en el documento JP 60158236, en el que se reivindica una composición de resina que contiene entre el 20 y el 60% en peso, basándose en 100 partes en peso de la composición total, de fibra vegetal basada en celulosa fibrosa, y entre el 40 y el 80% en peso, basándose en 100 partes en peso de la composición total, de resina de poliolefina que comprende poliolefina modificada químicamente obtenida mediante la adición de un anhídrido o ácido carboxílico a una resina de poliolefina. Además, en el documento US 4833181, se describe una composición de poliolefina que comprende (a) poliolefina, (b) fibras vegetales compuestas principalmente por fibras de celulosa, y (c) un desodorizante seleccionado del grupo consistente en una combinación de un jabón metálico y un antioxidante amínico, carbón activado, zeolita y un compuesto de fósforo. A pesar de la actividad intensa de desarrollo en este sector, las composiciones de poliolefina que comprenden fibras celulósicas naturales no han conseguido ganarse la aceptación general por una serie de razones, que están relacionadas principalmente con la resistencia mecánica limitada de estas fibras así como con el alto contenido de impurezas. En las composiciones, estos factores dan como resultado limitaciones mecánicas así como problemas de emisión y olor, que, esencialmente, desaconsejan su uso en muchas aplicaciones técnicas delicadas, tales como, por ejemplo, componentes interiores de automoción. Por ejemplo, Espert et al. (Polym. Degr. Stab. 90/2005/555-62) enumeran ejemplos de dichas problemas de emisión, en donde, para el análisis, se usó una combinación de espacio de cabeza con una asociación de cromatografía de gases y espectroscopia de masas.

Las composiciones de tipo 2 basadas en poliolefinas se describen, por ejemplo, en el documento EP 0008143 A1, que abarcan un proceso para la fabricación de artículos perfilados a partir de composiciones que contienen entre un 30 y un 70% en peso de poliolefina, que es una poliolefina de alta densidad modificada con monómeros polares, y entre un 30 y un 70% en peso de fibras celulósicas, que según los ejemplos de esta patente, son fibras de pulpa para papel de un proceso de fabricación termomecánico. Estas composiciones se modifican con anhídrido maleico a una temperatura por lo menos 20ºC por encima del punto de fusión de la poliolefina; se reivindica que el proceso descrito es aplicable a la fabricación de paneles que se pueden usar en la industria automovilística. Felix y Gateholm (J. Appl. Polym. Sci. 42/1991/609-20) describen fibras de papel modificadas superficialmente con un copolímero de PP injertado con anhídrido maleico y el efecto de este tratamiento sobre la tensión superficial; estas fibras se describen también para ser usadas en compuestos de PP para moldeo por inyección. Aunque las fibras de celulosa de procesos termomecánicos o termoquímicos, según se aplican en la industria papelera o del cartón, y las pulpas para disolución tienen una consistencia mejor que las fibras naturales, están limitadas en cuanto a longitud y, especialmente las pulpas para la industria papelera y del cartón, siguen conteniendo cantidades elevadas de hemicelulosa y lignina, lo cual da como resultado nuevamente limitaciones mecánicas así como problemas de emisiones y olores, al mismo tiempo que la decoloración de las composiciones relacionadas.

Se pueden esperar el mejor comportamiento mecánico y el nivel más bajo de emisiones para composiciones de tipo 3 basadas en poliolefinas. Como ejemplo, Westerlind et al. (J. Appl. Polym. Sci. 29/1984/175-85) han descrito combinaciones de polietileno de alta densidad y otros polímeros con fibras de viscosa Rayón en la preparación de un modelo (ensayo de extracción de una fibra). Usando un planteamiento de mezcla bastante complicado, el documento DE 19506083 A1 describe mezclas de fibras cortadas de celulosa y fibras cortadas de polipropileno a partir de polipropileno modificado mediante la adición de hasta un 15% de polipropileno injertado con anhídrido maleico en el granulado y que se...

1. Composición polimérica, que comprende