Método para la preparación de cuerpos moldeados planos o de láminas.

Método para producir cuerpos moldeados planos con coeficientes de expansión térmica anisotrópicos a partir de composiciones poliméricas moldeables termoplásticas mediante carga de las composiciones poliméricas moldeables termoplásticas con filosilicatos laminares que tienen un diámetro en el rango de 10 a 1000 nm y una proporción de aspecto en el rango de 1 a 5 hasta 1 a 10000,

extrusión de las composiciones poliméricas moldeables termoplásticas cargadas y subsiguiente dilatación uniaxial o biaxial del material extrudido para producir cuerpos moldeados planos o láminas, en cuyo caso los cuerpos moldeados extrudidos o dilatados, o las láminas se apilan una sobre otra para incrementar el grosor de capa, se comprimen o se laminan, y la preparación de cuerpos moldeados se efectúa a continuación por el método de extrusión o por termoconformado.

Método para la preparación de cuerpos moldeados planos o de láminas.

La invención hace referencia a métodos para la preparación de cuerpos moldeados planos con coeficientes de expansión térmicos anisotrópicos a partir de composiciones poliméricas termoplásticas extrudibles.

Los componentes de materiales sintéticos termoplásticos tienen numerosas ventajas frente a las piezas elaboradas de metal, pero también desventajas decisivas. Entre las ventajas se cuentan la baja densidad, la cual conduce a un ahorro ostensible en el peso, la capacidad de procesamiento racional en el moldeo por inyección que permite una alta medida de flexibilidad en el diseño; la resistencia inherente a la corrosión que hace superflua una medida especial anticorrosiva, y la integración sencilla de los componentes plásticos en las estructuras de metal. Como parte de las desventajas están, entre otras, la baja estabilidad dimensional, atribuible a un frecuente alto nivel de absorción de agua, a la baja resistencia al calor (dependencia de la rigidez a la temperatura) y a altos coeficientes de expansión térmica (CTE, del inglés Coefficient of Thermal Expansion) de los polímeros, y los problemas de fabricación que se derivan de los mismos. Especialmente en la construcción de automóviles, los componentes de carrocerías de plástico pueden procesarse, por consiguiente, en el mejor de los casos, sólo inline (paralelo, durante el proceso) y no online (automáticamente en línea) , como se desea, y normalmente incluso solo offline (fuera de la línea de proceso) ; es decir, que los componentes deben ensamblarse al final de la línea de pintura. De esta manera, además de los costes adicionales, también se combinan problemas de ajuste de color.

El orden de magnitud de los CTEs de los metales se encuentra en 10*10-6 K-1, el de los polímeros se encuentra por debajo de la temperatura de transición vítrea (Tg) en 100 *10-6 K-1, es decir, más alto por un factor de 10. Mientras que el CTE de los metales es en gran medida independiente de la temperatura, el de los polímeros se incrementa por un factor adicional de dos hasta tres cuando excede la Tg.

El uso de materiales de carga inorgánicos laminares, por ejemplo filosilicatos, es conocido como material de carga en composiciones poliméricas moldeables.

La patente WO 2006/029138 hace referencia a la producción de composiciones de poliamida solubles en agua que pueden seguir procesándose para producir películas y láminas. En este caso, los filosilicatos pueden utilizarse conjuntamente. Para la producción, una solución alcohólica del polímero se mezcla con filosilicatos y se moldea para producir películas o láminas. Las láminas pueden emplearse en la industria de empaques.

La patente JP-A-57083551 hace referencia a composiciones de resina de poliamida cargadas con vermiculita que tienen dureza y extensión mejoradas. Para este fin, la vermiculita con proporción de aspecto de > 5 se introduce en nylon-6, 6 y se moldea por inyección. Se midieron varios coeficientes de expansión térmica en la dirección de extrusión y perpendicularmente al mismo.

En Polymer 43 (2002) , páginas 6727 a 6741 se describe el comportamiento de expansión térmica de nanocompuestos de nylon-6. Para este fin se incorporaron filosilicatos a nylon-6 y se extrudieron las composiciones moldeables. La extrusión condujo a cuerpos moldeados con coeficientes de expansión térmica que eran diferentes para las tres dimensiones. De esto se derivó la orientación no estadística de los filosilicatos deslaminados.

La patente EP-A-1 156 073 hace referencia a artículos moldeados de una resina de poliamida y a la preparación de los mismos. Se trata de materiales para empacar productos comestibles, etc. También se indican propiedades ventajosas como las propiedades de barrera de gas frente al oxígeno y al dióxido de carbono. Las composiciones contienen un filosilicato como material de carga. Se trata de poliamidas especiales MXD6 que deben tener un contenido reducido de partículas de tipo gel. Principalmente, se preparan láminas no dilatadas o formas no dilatadas. Para producir una botella se moldea por soplado biaxialmente una composición de tres capas. En tal caso, primero se forma una composición de tres capas que se dilata biaxialmente mediante moldeado por soplado. De esta manera no se producen pilas de cuerpos moldeados, primero extrudidos y expandidos, que luego se siguen procesando mediante el método de prensado fluido o por termoconformado para producir cuerpos moldeados.

Sin embargo, la orientación de los filosilicatos aleatoria, y de esta manera indefinida, obtenida con los métodos anteriores y, con esta, la anisotropía asociada del coeficiente de expansión térmica no son suficientes para aplicaciones que requieren un coeficiente de expansión térmica reducido en dos dimensiones. Esto también hace referencia principalmente a productos preparados en moldeo por inyección con un grosor de pared menor a 1 mm.

El objetivo fundamental de la invención consistía en reducir, considerablemente, la expansión térmica de materiales poliméricos o de cuerpos moldeados, incluso principalmente por encima de la temperatura de transición vítrea. Puesto que los componentes tridimensionales, a ajustarse de manera plana, se encuentran en el foco de interés, el CTE tiene que reducirse en dos dimensiones. Los cambios en la tercera dimensión, el grosor del componente, son menos relevantes o irrelevantes. Las modificaciones necesarias para esto en el material, su composición de mezcla o de constitución, no deben asociarse preferiblemente con una disminución de la tenacidad, es decir con una fragilidad del material.

El objetivo se logró de acuerdo con la invención mediante un método para la preparación de cuerpos moldeados planos con coeficientes de expansión térmica anisotrópicos, a partir de composiciones poliméricas moldeables termoplásticas extrudibles mediante carga de las composiciones poliméricas moldeables termoplásticas con filosilicatos laminares que tienen un diámetro en el rango de 10 a 1000 nm, y una relación de aspecto en el rango de 1 a 5 hasta 1 a 10000, extrusión de las composiciones moldeables poliméricas cargadas y subsiguiente dilatación uniaxial o biaxial del material extrudido para producir cuerpos moldeados planos o láminas, en cuyo caso los cuerpos moldeados extrudidos y dilatados o las láminas se depositan una sobre otra en pilas para elevar el grosor de capa, se comprimen o se laminan y la preparación de cuerpos moldeados se efectúa a continuación mediante extrusión o por termoconformado.

De acuerdo con la invención se encontró que mediante una dilatación uniaxial o biaxial de material extrudido, ya previamente orientado por corte y estiramiento en la boquilla de extrusión para producir un cuerpo moldeado plano o una lámina, puede lograrse una orientación suficientemente alta de los filosilicatos, de tal modo que el coeficiente de expansión térmica sea bajo en el plano de la superficie mientras, que sea alto perpendicularmente a la superficie. De esta manera, se vuelven accesibles cuerpos moldeados en los que el CTE se reduce en dos dimensiones.

Fundamentalmente, en este caso para la reducción del CTE puede aprovecharse la baja expansión térmica de compuestos inorgánicos en comparación con la de los polímeros. Si estos compuestos están mezclados de manera homogénea en forma de polvo en un polímero, el CTE disminuye de acuerdo con una regla de mezclado de manera lineal e isotrópica con la concentración del material de carga. Puesto que el CTE de los rellenos es de aproximadamente 10*10-6 K-1, para lograr efectos significativos de acuerdo con métodos conocidos, se requieren concentraciones muy altas de material de carga las cuales afectan negativamente a las propiedades mecánicas, particularmente a la tenacidad del material. Sorprendentemente, se mostró que, preferiblemente con partículas muy delgadas, laminares, es decir casi bidimensionales, ya en bajas concentraciones pudo lograrse una gran reducción de CTE, si éstas se encuentran dispersas en la matriz de polímero de la manera más homogénea posible y están presentes orientadas en un plano de la mejor manera posible. Adicionalmente, estos materiales mostraron un incremento significativo de la rigidez (módulo-E) y resistencia al calor, pero muy poca reducción de la tenacidad. Como materiales de carga laminares se emplearon preferiblemente montmorilonitas organo-modificadas (MMT) que pueden exfoliarse y distribuirse bien.

La dilatación uniaxial o biaxial del material extrudido para... [Seguir leyendo]

1. Método para producir cuerpos moldeados planos con coeficientes de expansión térmica anisotrópicos a partir de composiciones poliméricas moldeables termoplásticas mediante carga de las composiciones poliméricas moldeables termoplásticas con filosilicatos laminares que tienen un diámetro en el rango de 10 a 1000 nm y una proporción de aspecto en el rango de 1 a 5 hasta 1 a 10000, extrusión de las composiciones poliméricas moldeables termoplásticas cargadas y subsiguiente dilatación uniaxial o biaxial del material extrudido para producir cuerpos moldeados planos o láminas, en cuyo caso los cuerpos moldeados extrudidos o dilatados, o las láminas se apilan una sobre otra para incrementar el grosor de capa, se comprimen o se laminan, y la preparación de cuerpos moldeados se efectúa a continuación por el método de extrusión o por termoconformado.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la extrusión se efectúa a partir de una boquilla de ranura ancha con subsiguiente dilatación uniaxial o biaxial.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque la extrusión se efectúa a partir de una boquilla anular con subsiguiente dilatación biaxial por soplado.

4. Método según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los filosilicatos laminares son organomodificados.

5. Método según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la carga de las composiciones poliméricas moldeables termoplásticas con el filosilicato laminar se efectúa antes o durante la preparación del polímero a partir de los monómeros.

6. Método según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el polímero termoplástico de la composición polimérica moldeable termoplástica se selecciona de poliamidas, polioximetilenos, tereftalatos de polialquileno, polisulfonas, poliolefinas, poliestirenos, poliéteres, poliésteres, (met) acrilatos de polimetilo o copolímeros o mezclas de los mismos que adicionalmente pueden contener cauchos.

7. Método según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las composiciones poliméricas moldeables termoplásticas contienen adicionalmente materiales de carga inorgánicos.

8. Método según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque al menos una lámina cargada con filosilicato se combina con al menos otra lámina sintética termoplástica para formar un compuesto.

9. Método según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque una pila de láminas se prepara mediante coextrusión.

10. Método según la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque para la pila de láminas se insertan otras capas de lámina o pilas de láminas mediante laminación.

11. Cuerpos moldeados que pueden obtenerse según un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10.

12. Uso de cuerpos moldeados según la reivindicación 11 en la construcción de automóviles.