Poliésteres expandidos dúctiles con alta resistencia a los impactos.

Material de poliéster expandido dúctil, rígido y altamente resistente a los impactos que comprende unacombinación de poliéster/elastómero acrílico consistente en un mínimo de un 2% en peso de uno o máscopolímeros de acrilato con un contenido en acrilato del 3 al 50% en peso con respecto al copolímero deacrilato y un índice de flujo en fusión de 0,

1 a 200 g/10 min a 190ºC/2,16 kg, teniendo el material de poliésteruna elongación antes de rotura por cizalladura superior al 15% (de acuerdo con ISO 1922) y un aceleraciónmáxima g-max inferior a 93 y unos criterios de lesión de cabeza HIC menores de 316 (de acuerdo con ASTMF1292), consistiendo el copolímero de acrilato en una mezcla de una resina de acrilato de etileno no reactiva yuna resina de acrilato de etileno reactiva y obteniéndose el material de poliéster expandido mediantecombinación en fusión del copolímero de acrilato con el poliéster, dispersión de la combinación con uncompuesto multifuncional, un agente de soplado y un agente de nucleación, y expansión de la mezcla,caracterizado por una descompresión inducida por un cambio en el estado termodinámico, a saber por presióno temperatura, o por una deformación, alargamiento o estiramiento uniaxial o biaxial de la mezcla fundida.

Poliésteres expandidos dúctiles con alta resistencia a los impactos La presente invención se refiere a materiales de poliéster expandido que comprenden una mezcla poliéster/elastómero acrílico que presenta una ductilidad y una resistencia a los impactos mejoradas, a la vez que la resistencia mecánica de los poliésteres permanece prácticamente invariable o no empeora. Una adición de una mezcla de acrílico no reactivo/reactivo que sirve como componente de la mezcla mejora la fuerza de fusión en un proceso de expansión y conduce a una mejor resistencia a los impactos de los materiales de poliéster aromático expandido.

Antecedentes de la invención Los materiales poliéster, en particular el tereftalato de polietileno, tienen una resistencia mecánica muy alta (resistencia y módulo de compresión/cizalladura) y una excelente resistencia a la temperatura, pero su comportamiento es frágil, con frecuencia caracterizado por valores bajos de elongación antes de rotura por cizalladura y una baja resistencia a los impactos. La fragilidad de los poliésteres limita su aplicación y a menudo imposibilita aplicaciones donde, por ejemplo, se genera una alta carga mecánica periódica y/o donde los poliésteres deben ser termoformados en artículos 3D y/o donde se requieren procesos posteriores mecánicos, como atornillado, enclavado o plegado.

La resistencia a los impactos es la capacidad de un material para resistir a la rotura bajo una carga por impacto o la capacidad de un material para resistir a la fractura bajo una tensión aplicada a alta velocidad. Los materiales de poliéster, en particular el tereftalato de polietileno aromático, normalmente tienen una escasa resistencia a los impactos y se rompen fácilmente bajo una carga por impacto. Por ejemplo, el ensayo de impacto por caída libre de un PET expandido con una densidad de aproximadamente 100 kg/m3 de acuerdo con ASTM F1292 muestra valores relativamente altos de g-max e HIC (Head Injur y Criteria - criterios de lesión de cabeza) (véase el ejemplo comparativo 1) .

En un informe de Throne (Throne, J.L. y col., Journal of Cellular Plastics, 21 (1985) 2, 123-140) se estudiaron las propiedades frente al impacto de espumas estructurales de algunos termoplásticos y en los ensayos no se encontró ninguna correlación aparente entre las propiedades de impacto y la densidad de la espuma. Por consiguiente, no se espera que poliésteres expandidos de menor densidad proporcionen automáticamente una mejor resistencia a los impactos.

La ductilidad y la flexibilidad de un material de poliéster expandido también son limitadas: actualmente, un poliéster expandido de una densidad de aproximadamente 110 kg/m3 tiene un alargamiento antes de rotura por cizalladura de aproximadamente un 3% (de acuerdo con ISO 1922) , con valores de resistencia a la compresión de 1, 2-1, 4 N/mm2 (de acuerdo con ISO 844) .

Otro ejemplo es un poliéster espumado de menor densidad, tal como de aproximadamente 100 kg/m3, que con frecuencia muestra un alargamiento antes de rotura por cizalladura inferior al 5%. Con este nivel de densidad, la resistencia a la compresión es de aproximadamente 1, 0 N/mm2. En cambio, otros materiales competitivos presentan una ductilidad mucho mejor, por ejemplo un PVC expandido con una densidad de 75-85 kg/m3 presenta un alargamiento antes de rotura por cizalladura de aproximadamente un 20%, con una resistencia a la compresión de aproximadamente 1, 3 N/mm2.

Un poliéster expandido con mayor ductilidad y resistencia a los impactos mejora la termoformabilidad e imparte un mejor comportamiento frente a la fatiga del producto final. Sin embargo, con frecuencia una mejora de la ductilidad del material conduce a una menor resistencia mecánica y/o a la rigidez del polímero termoplástico. El aumento de la ductilidad y flexibilidad manteniendo la resistencia mecánica/rigidez es un desafío para la tecnología de los materiales.

El objetivo general de esta invención es desarrollar y proporcionar materiales de poliéster expandido con una resistencia a la compresión muy alta y con un módulo de cizalladura alto, pero con la mínima fragilidad posible. Esto significa que es imprescindible una elongación antes de la rotura suficiente para aspirar a una aplicación generalizada de estos materiales de poliéster, utilizados en particular como materiales núcleo en estructuras en sándwich, donde especialmente se generan cargas dinámicas. Además, puede ser utilizado como material de aislamiento de excelente compatibilidad con los materiales de construcción, por ejemplo hormigón, y con excelentes propiedades de montaje, por ejemplo para su atornillado o fijado. Estos materiales expandidos deberían resistir por ejemplo un tratamiento de resina corto hasta 180ºC sin que esto influya negativamente en la resistencia mecánica posterior, pueden termoconformarse mucho mejor para producir artículos 3D gruesos, se pueden integrar estructuralmente en materiales de construcción y exponer a cargas mecánicas periódicas.

En los procesos de termoplásticos tradicionales generalmente se utilizan compuestos elastoméricos como modificadores de impacto para los poliésteres. La eficacia de la modificación de impacto depende en gran medida de:

• el tipo de modificador,

• el contenido de modificador,

• el tamaño de partícula del modificado,

• la distancia entre partículas.

Los modificadores elastoméricos se pueden dividir en grupos reactivos y no reactivos. La mayor parte de los modificadores elastoméricos no reactivos, como los cauchos de uso general, no son muy eficaces con los poliésteres, ya que no pueden interactuar adecuadamente con la matriz de poliéster. La pobre interacción de los modificadores no reactivos con la matriz de poliéster es la razón principal de que no se puedan lograr fases dispersas con los tamaños óptimos ni fuertes uniones interfase.

Es sabido en la literatura (Sheirs, J. y col., Modern Polyesters, John Wiley & Sons Ltd (2003) ) que el uso de una compatibilización reactiva ayuda a lograr pequeñas partículas elastoméricas dispersas y una pequeña distancia entre partículas, obteniéndose una fase dispersa de tamaño fino en la matriz de poliéster, mientras que los modificadores de impacto reactivos se injertan en la matriz de poliéster. Los modificadores de impacto reactivos tienen grupos terminales funcionalizados que unen el modificador de impacto a la matriz polimérica y además modifican la energía interfase entre la matriz de poliéster y el modificador de impacto, mejorando la dispersión.

Elastómeros típicos y comerciales, como el terpolímero de etileno-acrilato de etilo-metacrilato de glicidilo (EEA-GMA) , terpolímero de etileno-acrilato de butilo-metacrilato de glicidilo (EBA-GMA) , etileno-acetato de vinilo-anhídrido maleico (EVA-MA) y estireno-etilenbutileno-estireno-anhídrido maleico (SEBS-MA) tienen grupos terminales funcionalizados/reactivos de metacrilato de glicidilo (GMA) o anhídrido maleico (MA) . Estos grupos terminales son los responsables del injerto de dichos elastómeros en la matriz de poliéster mediante una reacción química con los ácidos carboxílicos y los grupos terminales hidroxilo de las resinas de poliéster. Actualmente, la expansión de los poliésteres se lleva a cabo cada vez más mediante un proceso reactivo que consiste en elevar o aumentar el peso molecular y la viscosidad de extensión de resinas de poliéster aromáticas durante el proceso de extrusión con ayuda de agentes extensores de cadena, tales como dianhídridos tetracarboxílicos multifuncionales.

Los inventores de la US 2003/0135015 A1 (Fujimaki, T.) mencionan en la descripción que, además de otros materiales termoplásticos, como materiales de soporte en la composición de una mezcla madre polifuncional se pueden utilizar resinas de acrilato de polietileno, que son elastómeros acrílicos que también actúan como modificadores elastoméricos termoplásticos. Las mezclas madre que contienen epoxi aumentan el peso molecular de los poliésteres y reducen el MFR. Como resultado, se pueden producir materiales altamente expandidos. Sin embargo, la aplicación de resinas de acrilato de polietileno como modificadores elastoméricos en las espumas de poliéster no se trata en la descripción de dicho documento ni se confirma en los ejemplos.

La invención EP 2 048 188 A1 (Severini, T.) describe el uso de elastómeros acrílicos como material de soporte en una formulación de mezcla madre para aumentar la flexibilidad de un PET expandido de densidad aproximada 130 kg/m3. Una adición de tal mezcla madre que contiene PMDA (agente extensor de cadena) y acrilato conduce a un mejor valor de la elongación antes de rotura por cizalladura (que oscila entre el 17%... [Seguir leyendo]

1. Material de poliéster expandido dúctil, rígido y altamente resistente a los impactos que comprende una combinación de poliéster/elastómero acrílico consistente en un mínimo de un 2% en peso de uno o más copolímeros de acrilato con un contenido en acrilato del 3 al 50% en peso con respecto al copolímero de acrilato y un índice de flujo en fusión de 0, 1 a 200 g/10 min a 190ºC/2, 16 kg, teniendo el material de poliéster una elongación antes de rotura por cizalladura superior al 15% (de acuerdo con ISO 1922) y un aceleración máxima g-max inferior a 93 y unos criterios de lesión de cabeza HIC menores de 316 (de acuerdo con ASTM F1292) , consistiendo el copolímero de acrilato en una mezcla de una resina de acrilato de etileno no reactiva y una resina de acrilato de etileno reactiva y obteniéndose el material de poliéster expandido mediante combinación en fusión del copolímero de acrilato con el poliéster, dispersión de la combinación con un compuesto multifuncional, un agente de soplado y un agente de nucleación, y expansión de la mezcla,

caracterizado por una descompresión inducida por un cambio en el estado termodinámico, a saber por presión o temperatura, o por una deformación, alargamiento o estiramiento uniaxial o biaxial de la mezcla fundida.

2. Material de poliéster expandido según la reivindicación 1, caracterizado porque la resina de acrilato de etileno no reactiva se selecciona de entre etileno-acrilato de butilo (EBA) y/o etileno-acrilato de etilo (EEA) y/o etilenoacrilato de metilo (EMA) .

3. Material de poliéster expandido según la reivindicación 1, caracterizado porque la resina de acrilato de etileno reactiva se selecciona de entre terpolímero de etileno-éster acrílico-anhídrido maleico (EEAMA) , y/o terpolímero de etileno-acrilato de etilo-metacrilato de glicidilo (EEA-GMA) , y/o terpolímero de etileno-acrilato de butilo-metacrilato de glicidilo (EBA-GMA) .

4. Material de poliéster expandido según la reivindicación 1, caracterizado porque el poliéster es un homo- y/o copolímero de poliéster aromático con una viscosidad intrínseca de 0, 4 a 1, 4 dl/g, de forma particularmente preferente seleccionado de entre resinas de PET y/o PBT y/o PEN vírgenes y/o postconsumo, en forma de gránulos, aglomerados, polvos o escamas.

5. Material de poliéster expandido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque tiene una densidad inferior a 110 kg/m3, una elongación antes de rotura por cizalladura superior al 20% y una resistencia de compresión superior a 0, 90 MPa.

6. Proceso para la producción del material de poliéster expandido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que consiste en combinar en fusión el copolímero de acrilato con el poliéster, dispersar la combinación con un compuesto multifuncional, un agente de soplado y un agente de nucleación y expandir la mezcla,

caracterizado por una descompresión inducida por un cambio en el estado termodinámico, a saber por presión o temperatura, o por una deformación, alargamiento o estiramiento uniaxial o biaxial de la mezcla fundida.

7. Artículos que contienen el material de poliéster expandido de la reivindicación 1.

8. Uso del material de poliéster expandido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 o del artículo según la reivindicación 7 como material de núcleo resistente al tratamiento/carga de alta temperatura, y/o adecuado para aplicaciones de alta carga periódica y/o impactos, donde se requiere resistencia mecánica y/o resistencia a la temperatura y/o propiedades de ductilidad y/o absorción de energía y/o termoformabilidad.

9. Uso del material de poliéster expandido o del artículo según la reivindicación 8, caracterizado porque el material de núcleo resistente al tratamiento de alta temperatura/carga a una temperatura hasta 180ºC tiene una estructura en sándwich.

10. Uso del material de poliéster expandido o del artículo según la reivindicación 8, caracterizado porque el material de núcleo adecuado para aplicaciones de alta carga periódica y/o impactos tiene una estructura de alta carga.

11. Uso del material de poliéster expandido o artículo según la reivindicación 10, caracterizado porque las estructuras sometidas a altas cargas son aspas de molinos de viento, construcción de vagones, piezas de aviación, componentes de automoción o componentes de construcción.

12. Uso de un material de poliéster expandido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 o del artículo según la reivindicación 7 para el aislamiento térmico y/o acústico, y/o para aplicaciones de edificación y construcción o en paneles de pared/suelo/techo/tejado y/o en soportes o aislamiento estructural donde sus propiedades de ductilidad resultan útiles.