Procedimiento de obtención de espumas poliméricas y reciclado de espumas termoestables.

Procedimiento para el reciclado de espumas termoestables que comprende mezclar un polímero termoplástico con un agente absorbente de microondas; después mezclar la combinación resultante con fragmentos de espuma termoestable o un espumante; y calentar el polímero obtenido en él mediante calefacción por microondas. Además, la presente invención se refiere a las espumas obtenibles por este procedimiento y a sus aplicaciones

Procedimiento de obtención de espumas poliméricas y reciclado de espumas termoestables.

La presente invención se refiere a un procedimiento para el reciclado de espumas termoestables utilizando para ello, como aglomerante, formulaciones de polímeros termofusibles o formulaciones espumables (entrecruzables o no), a las que se le ha añadido ferritas u otros absorbentes de microondas, para poder llevar a cabo la calefacción por microondas. Además, la presente invención se refiere a las espumas obtenibles por este procedimiento y a sus aplicaciones.

Estado de la técnica anterior

La fabricación de objetos de materiales microcelulares o espumados de copolímeros de etileno y acetato de vinilo (EVA) u otros polímeros similares (como el polietileno (PE), polipropileno (PP), cauchos, etc.) presenta dificultades crecientes con las dimensiones de los mismos, especialmente con el espesor.

Normalmente se utilizan formulaciones de estos copolímeros y sus mezclas con otros polímeros (como PE) con un agente espumante del tipo de la azodicarbonamida (AZDC), y un agente de entrecruzamiento (del tipo de los peróxidos). Habitualmente se añade un agente acelerante de la descomposición de la AZDC (típicamente el óxido de zinc, u otros compuestos de este metal), así como otros aditivos y pigmentos. Para obtener productos de las características requeridas es necesario secuenciar adecuadamente los procesos de reticulación y espumado. La transmisión de calor es el mecanismo controlante en este tipo de procesos.

En el caso de la inyección reactiva se inyecta a un molde caliente una mezcla del material fluido, a temperaturas por debajo de las de reticulación y descomposición del agente espumante. El molde se llena por completo y transcurrido el tiempo necesario para las reacciones de reticulación y evolución de gases del agente espumante, se abre el molde teniendo lugar la expansión de la pieza hasta las dimensiones especificadas. El control de las temperaturas y tiempos, así como la homogeneidad de la misma resultan básicos para la obtención de piezas conforme a las especificaciones. El molde podría también llenarse parcialmente, siendo en este caso menores las presiones de cierre necesarias en la prensa. Podrían utilizarse otros procesos para la fabricación de este tipo de materiales, como son la extrusión o el prensado de materiales sólidos, ya sean granulares o en polvo, o el rotomoldeo. En todos los casos la homogeneidad de las mezclas a alimentar también resulta de especial importancia.

Es frecuente, dependiendo de la geometría de las piezas a obtener, utilizar sistemas de calefacción que se insertan en los moldes, con el objeto de disminuir las distancias a las fuentes de calor y mejorar la homogeneidad de la distribución de temperaturas.

Estos procesos son típicos para la preparación de boyas de flotación de redes, flotadores salvavidas, suelas de calzado deportivo y de otros tipos, ruedas de diversos vehículos, planchas para recubrimientos de suelos, barreras acústicas, etc. Todos estos procesos suelen presentar un elevado porcentaje de piezas rechazadas debido a las dificultades intrínsecas de los mismos. Por otra parte es inevitable la generación de cantidades importantes de residuos correspondientes a los bebederos en inyección, recortes de las operaciones de troquelado, etc., que representan una fuente importante de pérdidas en estas instalaciones.

Estos materiales son termoestables y ya no pueden ser conformados por acción del calor, siendo imposible su transformación en productos similares a los que se obtienen en este tipo de procesos. Su reciclado resulta necesario y presenta algunos inconvenientes adicionales ya que, a pesar de ser inertes, presentan un gran volumen específico o baja densidad, lo que supone inevitablemente un coste importante en la recolección y transporte hasta las instalaciones de vertido (donde requieren un espacio importante) o de incineración (donde se podría aprovechar su elevado contenido energético). Por otra parte, su relativamente bajo tonelaje y su dispersión geográfica los hacen poco atractivos a instalaciones como las cementeras que podrían procesarlos sin mayores problemas en sus hornos.

Por ello, resulta conveniente el desarrollar sistemas de reciclado donde se pueda aprovechar las características y propiedades del material tal como es, implicando el menor número de operaciones. En este sentido se han desarrollado numerosos procesos donde se utilizan estos materiales, molidos a diversos tamaños de partícula o troceados en piezas de distintas dimensiones, aglomerados con diferentes aditivos para obtener piezas con objetivos diversos. Como aglomerantes se pueden utilizar distintos adhesivos, del tipo de los poliuretanos, policloroprenos, látex, hot melts, o incluso formulaciones del mismo tipo de las utilizadas para preparar espumas microcelulares de EVA. Es frecuente incorporarlos, molidos al tamaño adecuado y en determinadas proporciones, como cargas a las formulaciones típicas de estas espumas. Esta aplicación no es capaz de absorber la totalidad de los residuos generados. Para otras aplicaciones se presentan distintos problemas que generan la heterogeneidad de los materiales, lo que se traduce en numerosas dificultades en el control, así como procesos excesivamente largos. Todos estos aspectos se acentúan en el caso de piezas de espesores elevados.

El procesado mediante radiación de microondas podría contribuir a la solución de este tipo de problemas. Ciertos materiales son capaces de interaccionar con la radiación de microondas generando calor. La energía se transfiere por la interacción de los campos electromagnéticos a nivel molecular, y las propiedades dieléctricas del material son las responsables de este fenómeno. La interacción de estos campos electromagnéticos con los dipolos de las moléculas, que representan el principal mecanismo de interacción, provocan la rotación de los mismos produciendo la disipación de energía por el rozamiento que el material opone a esta rotación. La constante dieléctrica y el factor de pérdidas son las magnitudes que caracterizan este tipo de interacciones. Hay otra serie de propiedades que contribuyen a la respuesta dieléctrica de los materiales, como son la polarización electrónica, la atómica, la conducción iónica, los mecanismos de polarización de tipo Maxwell-Wagner.

En materiales dieléctricos, las cargas locales se mueven como respuesta a la aplicación de campos eléctricos. En el interior de estos materiales existe carga libre y carga ligada, el movimiento de la carga ligada provoca la polarización. La polarización de la carga eléctrica, en los casos donde la translación se encuentra restringida, o la polarización de moléculas, donde se encuentra restringida la rotación, se produce un desfase respecto a la aplicación del campo. Durante este tiempo de desfase, que se conoce como tiempo de relajación, se produce una cierta disipación de energía en forma de calor en el material. La calefacción por microondas es el resultado de esta relajación dieléctrica.

Los materiales con elevada conductancia y baja capacitancia (como los metales) presentan grandes factores de pérdidas dieléctricas. Conforme aumenta este factor, la penetración de las microondas se aproxima a cero. Los materiales que presentan este comportamiento son capaces de reflejar las microondas.

Las propiedades dieléctricas de las resinas termoestables varían con el grado de entrecruzamiento desarrollado en el proceso, que originan un incremento muy marcado de viscosidad. Al aumentar la viscosidad disminuye la posibilidad de movimiento de los dipolos y la disipación dieléctrica disminuye consecuentemente. El comportamiento dieléctrico de los termoplásticos es similar al de muchos materiales cerámicos. Estos materiales son difíciles de calentar hasta que alcanzan una determinada temperatura. Además, la cristalinidad afecta a las propiedades dieléctricas. Los polímeros con una cristalinidad superior al 45% son esencialmente transparentes a las microondas debido a la restricción de los dipolos. Evidentemente, aquellos materiales que no presentan dipolos o no son polarizables, como es el caso del PE o el teflón, también lo son. La adición de materiales de relleno conductivos o con marcadas propiedades dieléctricas como es el caso de las ferritas o determinadas fibras, como las de carbono, modifican considerablemente las propiedades dieléctricas globales.

La posibilidad de procesar materiales poliméricos con microondas depende de su estructura bipolar, de la frecuencia de la radiación,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la obtención de una espuma polimérica que comprende:

a. mezclar un polímero termoplástico con un agente absorbente de microondas;

b. mezclar la combinación resultante del paso (a) con fragmentos de espuma termoestable o un espumante; y

c. calentar el polímero obtenido en el paso (b) mediante calefacción por microondas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, donde la proporción del polímero termoplástico es de entre 5% y 95% en peso de la composición total, la proporción de los fragmentos de espuma termoestable es de entre 4,5% y 94,5% en peso de la composición total o bien la del agente espumante es de entre 0,5% y 4,5% en peso de la composición total y la proporción de agente absorbente es de entre 0,5% y 10% en peso de la composición total.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, donde la proporción de los fragmentos de espuma termoestable es de entre 25% y 75% en peso de la composición total.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el agente absorbente de microondas es ferrita de hierro, manganeso y/o zinc.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el polímero termoplástico se selecciona de la lista que comprende polietileno, copolímero de polietileno y acetato de vinilo, poliuretano, polipropileno, otros polímeros termofusibles y espumables o cualquiera de sus combinaciones.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el polímero termoestable está en forma de granza.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, donde el polímero está en forma de polvo con un tamaño inferior a 500 μm.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde los fragmentos de polímero termoestable se selecciona de la lista que comprende polietileno con cargas, copolímero de polietileno y acetato de vinilo con cargas, poliuretano con cargas, polipropileno con cargas, otros polímeros termofusibles y espumables con cargas o cualquiera de sus combinaciones.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde los fragmentos de espumas de polímero están en forma de polvo con un tamaño de hasta 5 cm³.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, donde los fragmentos de espumas de polímero residual tienen un tamaño de entre 8 y 1000 mm³.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el calentamiento de la mezcla se lleva a cabo en un horno microondas de potencia entre 5-30 kW.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, donde el tiempo de calentamiento es de entre 120 y 900 s.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, que además comprende la adición al menos de un agente plastificante o un agente entrecruzante.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, que además comprende la adición de bien un agente espumante, cuando se había adicionado fragmentos de espuma termoestable según el paso (b), o bien fragmentos de espuma termoestable cuando se había adicionado un agente espumante según el paso (b).

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 ó 14, que además comprende un catalizador.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, donde la proporción de plastificantes es de hasta 50% en peso de la composición total, la proporción de agentes entrecruzante, espumante y catalizador es de hasta un 5% en peso de la composición total y la proporción de fragmentos de espuma termoestable es de hasta 94.5% en peso de la composición total.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, donde el orden de mezclado para obtener el polímero del paso (b) es el siguiente:

i. primero el polímero termoplástico con el agente absorbente de microondas junto con el agente espumante, adicionando después el catalizador, agente entrecruzante, plastificante y/o cualquier otro aditivo;

ii. adición de los fragmentos de espuma termoestable a la mezcla (i); y

iii. mezclado.

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, que además comprende:

d. extrusión y/o molienda de la mezcla obtenida en el paso (i) especialmente cuando alguno de los componentes está en forma de granza.

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, que además comprende:

e. extrusión y/o molienda de la mezcla obtenida en el paso (b) o en el paso (iii).

20. Procedimiento según la reivindicación 19, que además comprende:

f. volcado de la mezcla obtenida en el paso (c) en un molde transparente.

21. Procedimiento según la reivindicación 20, donde el molde es de un material plástico transparente termo-resistente o vidrio.

22. Procedimiento según la reivindicación 21, donde el material plástico es teflón o polietileno de alta densidad.

23. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, que además comprende:

g. enfriamiento hasta temperatura ambiente de la espuma polimérica.

24. Artículo de espuma polimérica obtenible por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23.

25. Uso del artículo de espuma polimérica según la reivindicación 24 para la fabricación de piezas de elevado espesor.

26. Uso según la reivindicación 25, donde las piezas de elevador espesor se seleccionan de la lista que comprende protectores para los postes de las biondas de las carreteras, protectores para los postes de las señales de tráfico, boyas de flotación de redes, boyas de balizamiento, flotadores salvavidas, ruedas de vehículos, suelas de calzado, planchas para recubrimiento de suelos o barreras acústicas.

27. Procedimiento para la obtención de protectores para los postes de las biondas de las-carreteras y/o protectores para los postes de las señales de tráfico mediante fabricación in-situ de la pieza metálica, en el interior del protector o mediante la fabricación del protector de manera independiente con la espuma polimérica según la reivindicación 24, para un posterior montaje de la pieza metálica.

28. Poste de biondas o de señales con un protector a su alrededor que comprende artículos de espuma polimérica según la reivindicación 24.