Expansión por extrusión de tereftalato de polialquileno de bajo peso molecular para la producción de perlas expandidas.

Perlas de resina de tereftalato de polialquileno expandidas, comprendiendo las perlas expandidas un núcleo celular encapsulado en una piel compacta,

teniendo las perlas expandidas una densidad inferior a 400 kg/m3 según DIN ISO 1183 y teniendo las perlas expandidas una viscosidad intrínseca de como mínimo 0,69 dl/g según ASTM D4603-03 y una viscosidad en estado fundido η 0 de no más de 300 Pa.s según ASTM D4440 a 280ºC.

Expansión por extrusión de tereftalato de polialquileno de bajo peso molecular para la producción de perlas expandidas.

La presente invención se refiere a perlas expandidas de resinas de tereftalato de polialquileno de bajo peso molecular, a sus recetas, a su proceso de preparación y a las ventajas de tales perlas.

Antecedentes de la invención Los artículos celulares expandidos formados mediante moldeo de perlas termoplásticas cargadas con gas y preexpandidas, las llamadas espumas de partículas, son ampliamente utilizadas como aislamientos térmicos/acústicos/anti-impactos, en embalajes, materiales deportivos y amortiguadores, debido a su baja densidad, sus mejores características de aislamiento y su óptima absorción de energía en comparación con los polímeros macizos. La posibilidad de moldear perlas espumadas en combinación con su tamaño relativamente pequeño permite tanto una producción de piezas de configuración sencilla, como bloques/placas, como en particular, lo que es otra ventaja en comparación con las piezas semiacabadas y extrudidas, una conformación flexible de artículos complejos, por ejemplo piezas en 3D. En los últimos años, el uso de espumas de partículas moldeadas ha aumentado en aplicaciones de automoción, por ejemplo como absorbedores de impactos en parachoques, interiores de asientos y material nivelador para alfombrillas.

Hasta ahora, los materiales de espumas de partículas más extendidos están representados por poliestireno (PS) y poliolefina (PP, PE o sus copolímeros) . En general, los artículos expandidos compuestos de perlas de PS cargadas con gas se denominan EPS, las espumas de partículas compuestas de perlas de polipropileno se conocen como EPP y las compuestas de polietileno se denominan EPE.

El poliestireno expandido (EPS) se ha establecido actualmente como material importante por ejemplo en el aislamiento, en aplicaciones de la construcción y como material de embalaje para una amplia gama de aplicaciones industriales y en la industria alimentaria. Sin embargo, el procedimiento aplicado para producir espumas de partículas de EPS es bastante complicado y caro, principalmente debido al número de pasos implicados en el proceso [1, 2], que en algunos casos requieren mucho tiempo:

• producción de perlas de PS no expandidas cargadas con un agente expansor orgánico y normalmente de un tamaño de 0, 1-2, 0 mm,

• preexpansión de dichas perlas usando vapor,

• maduración de perlas de las EPS preexpandidas durante un periodo de varias horas (a menudo durante una noche o incluso más) ,

• moldeado y posterior expansión de las perlas maduradas.

La producción de perlas de poliestireno no expandidas puede llevarse a cabo bien mediante polimerización en suspensión o bien mediante un proceso de extrusión. El modo de producción predominante es el de la polimerización en suspensión, que genera un rango de tamañopara las perlas esféricas. Éstas se cargan con un agente expansor orgánico volátil (con frecuencia una mezcla de isómeros de pentano) en la etapa final, antes de deshidratación y secado, a lo que sigue un revestimiento orgánico para impedir la aglomeración en los procesos posteriores.

Los procesos de extrusión generan "microperlas" de tamaño uniforme directamente a partir de una masa fundida de poliestireno (que puede contener ya un agente expansor) empleando un microgranulador subacuático. La masa fundida de poliestireno se suministra desde una línea de extrusión o incluso directamente desde una reacción de polimerización llevada a cabo en una serie de mezcladoras estáticas y bombas de fusión.

El procesamiento de preexpansión posterior de las perlas de PS es exactamente el mismo tanto para las perlas polimerizadas como para las extrudidas. El proceso de preexpansión implica la utilización de vapor para calentar y agitar las perlas bien por lotes o bien en un proceso en continuo. Cuando las perlas se calientan mediante el vapor por encima de la temperatura de transición vítrea del material, se ablandan y el agente expansor hierve en un gran número de puntos de nucleación formando células que crecen de manera que la perla se espuma por completo, siendo las variables clave para el preespumado la presión (temperatura) del vapor, la cantidad de aire de dilución y el tiempo.

Sin embargo, como resultado de la preexpansión se produce un vacío dentro de las perlas debido a la rápida expansión en tamaño de las mismas. Esto puede causar un deterioro o incluso un colapso de la estructura celular dentro de las perlas como consecuencia de la resistencia mecánica, en general insuficiente, del poliestireno. Así, es necesario madurar las perlas de EPS preespumadas, es decir debe crearse una presión atmosférica dentro de las perlas haciendo que penetre aire en las mismas. En esta etapa del proceso, las perlas, ahora denominadas "preexpandidas", se soplan a través de tuberías hasta unos silos de gran tamaño, donde se secan y descargan y se dejan madurar durante un periodo de varias horas (a menudo durante una noche o incluso más) , permitiendo que se enfríen, y las paredes de las células se vuelven rígidas, capaces de soportar la presión negativa una vez que el agente expansor residual se ha condensado. Según avanza la maduración, el aire se difunde al interior de las perlas, con lo que éstas se vuelven lo suficientemente estables para continuar procesándose. Como es sabido, para un tipo de perlas determinado son necesarias dos o más etapas de expansión para alcanzar una densidad final menor. En el caso de una expansión de varias etapas, se requiere un madurado entre las expansiones.

En el moldeado también está implicado el vapor – se soplan las perlas preexpandidas a un molde de aluminio y se aplica vapor a través de varios pequeños orificios de ventilación. Esto ablanda las perlas y las expande aun más, utilizando el agente expansor residual que queda en ellas después de los pasos de preespumado y envejecimiento para fusionar entre sí las perlas adyacentes. En las etapas posteriores puede aplicarse vacío al molde para ayudar a crear una superficie bien fusionada en la pieza moldeada. La distribución de vapor entre las mitades del molde puede ajustarse para optimizar el proceso de moldeado, impedir la deformación, etc. A continuación sigue un enfriamiento, antes de que la pieza moldeada pueda retirarse y dejarse secar.

Además de los procesos de producción complicados, caros y que requieren mucho tiempo, el PS presenta, como polímero termoplástico, algunos defectos como su fragilidad, insuficiente resistencia a los impactos, hinchamiento en estado húmedo, compresibilidad demasiado alta, nivel mecánico generalmente bajo, malas propiedades de montaje, permeabilidad al vapor de agua relativamente alta, etc., que no son favorables cuando se trata de productos aislantes para la construcción y su producción [3, 4]. Además, la falta de estabilidad térmica o la baja resistencia a la temperatura resultante de la temperatura de servicio relativamente baja de 65-80ºC para largo plazo o de 80-90ºC para corto plazo, así como la poca resistencia a las sustancias químicas, como los disolventes orgánicos y el combustible [4], limitan o incluso eliminan algunas aplicaciones del EPS en, por ejemplo, el aislamiento para aparatos calentadores de agua, automóviles o embalajes relacionados con las microondas.

Las perlas de poliolefina expandidas son otra espuma de partículas importante en la familia de las perlas. Es sabido que el volumen de las perlas moldeables producidas a partir de poliolefinas es muy inferioral de las de poliestireno, aunque las poliolefinas espumadas tienen ciertas importantes propiedades ventajosas [4]. Entre las espumas de partículas de poliolefinas, el polipropileno expandido (EPP) desempeña un papel muy importante, dado que el EPP alcanza un perfil de propiedades aun mejor que el de algunas otras espumas poliméricas, tales como EPS, EPE y PU. En general, los artículos de EPP moldeados se caracterizan por propiedades como excelente absorción de la energía de impacto, buena dureza, poca deformación residual, mejor estabilidad térmica, buena resistencia química y muy poca permeabilidad al vapor de agua.

El EPP se aplica ya en el campo de los embalajes para productos industriales y en el ramo de la automoción. Se hacen de este material gran variedad de productos, por ejemplo protecciones contra impactos laterales, parasoles, cubiertas de columnas y de puertas, cajas de herramientas e insertos de parachoques. Sin embargo, los polipropilenosde grado corrientes presentan normalmente una estructura de cadena lineal, que tiene por tanto una transición de fusión brusca y una baja resistencia en estado fundido (particularmente... [Seguir leyendo]

1. Perlas de resina de tereftalato de polialquileno expandidas, comprendiendo las perlas expandidas un núcleo celular encapsulado en una piel compacta, teniendo las perlas expandidas una densidad inferior a 400 kg/m3 según DIN ISO 1183 y teniendo las perlas expandidas una viscosidad intrínseca de como mínimo 0, 69 dl/g según ASTM D4603-03 y una viscosidad en estado fundido T0 de no más de 300 Pa.s según ASTM D4440 a 280ºC.

2. Perlas según la reivindicación 1, caracterizadas porque la piel compacta tiene un espesor inferior a 120 µm.

3. Perlas según la reivindicación 1, caracterizadas porque el núcleo celular comprende una capa microcelular y un centro de células finas y tiene un tamaño de célula inferior a 400 µm.

4. Perlas según la reivindicación 1, caracterizadas porque el tamaño de partícula oscila entre 1 y 20 mm.

5. Perlas según la reivindicación 1, caracterizadas porque el grado de cristalinidad de las perlas es inferior al 10%.

6. Perlas según la reivindicación 1, caracterizadas porque la resina de tereftalato de polialquileno tiene, antes del proceso de expansión, una viscosidad intrínseca inferior a 1, 0 dl/g según ASTM D4603-03.

7. Perlas según la reivindicación 6, caracterizadas porque el tereftalato de polialquileno es un tereftalato de polietileno.

8. Perlas según la reivindicación 7, caracterizadas porque el tereftalato de polietileno se selecciona de entre una resina de PET de grado botella con una VI entre 0, 75 y 1, 00 dl/g según ASTM D4603-03, una resina de PET de grado fibra con una VI entre 0, 55 y 0, 67 dl/g según ASTM D4603-03 o una resina de PET postconsumo con una VI inferior a 1, 0 dl/g según ASTM D4603-03, o una mezcla de las mismas.

9. Perlas según la reivindicación 1, caracterizadas porque se utiliza un compuesto extensor de cadena multifuncional que se selecciona entre dianhídrido tetracarboxílico, poliepóxidos, oxazolinas, oxazinas, acillactamas o antioxidantes fenólicos impedidos estéricamente o una mezcla de los mismos.

10. Procedimiento para la preparación de las perlas expandidas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque comprende un espumado por extrusión de tereftalato de polialquileno y una granulación de las hebras de masa fundida.

11. Procedimiento de granulación subacuático según la reivindicación 10, caracterizado porque la mezcla de masa fundida que sale de los orificios se granula mediante unas cuchillas giratorias en una caja de agua, estando el agua de refrigeración atemperada a una temperatura inferior a 90ºC y aplicándose una contrapresión de agua por debajo de 10 bar.

12. Artículos o piezas semiacabadas que contienen las perlas expandidas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.