Espumas de PMI con propiedades mecánicas mejoradas, en particular con un alargamiento de rotura incrementado.

Procedimiento para la producción de polimerizados reticulados,

esponjables, caracterizado por que el polimerizado contiene ácido (met)acrílico, (met)acrilonitrilo y un diéster del ácido (met)acrílico de un diol que presenta un peso molecular de al menos 250 g/mol.

Espumas de PMI con propiedades mecánicas mejoradas, en particular con un alargamiento de rotura incrementado Sector de la invención La invención se refiere a composiciones para la producción de espumas de polimetacrilimida (espumas PMI) con propiedades mecánicas particularmente buenas, en particular con un alargamiento de rotura particularmente ventajoso. La invención se refiere, además de ello, a procedimientos para la producción, elaboración y aplicación de estas espumas. En particular, la invención se refiere a nuevos materiales, cuya tendencia a la formación de grietas está claramente reducida frente al estado conocido de la técnica. Esto es equivalente a un alargamiento de rotura más elevado con respecto al estado conocido de la técnica.

Estado conocido de la técnica Espumas PMI, p. ej. ROHACELL® de la razón social Evonik Röhm, se emplean como espuma estructural en materiales compuestos y, para ello, se elaboran junto con capas de cubrición consistentes en fibras, la mayoría de las veces fibras de carbono o bien de vidrio, y resinas. La estructura de los materiales compuestos tiene lugar a menudo a temperaturas de 180º C, mientras que la pieza componente también debe emplearse a temperaturas de 55º C. Debido a los diferentes coeficientes de dilatación térmica (CTE) de la capa de cubrición y de las espumas de PMI se forman durante el enfriamiento grietas en el núcleo, lo cual representa un criterio de exclusión para el empleo de las espumas de PMI en piezas componentes de este tipo. Habitualmente, no se superan correspondientes ensayos de la industria aeronaval. Con ello, en la industria de procesamiento tal como la industria aeronaval y aeroespacial, pero también en el caso de fabricantes de vehículos de carretera o sobre carriles, existe un gran interés en materiales de espuma con un alargamiento de rotura mejorado.

Las espumas de PMI son ya conocidas desde hace tiempo. Bajo el nombre comercial ROHACELL® estas espumas encuentran muchas aplicaciones, en particular en el sector de los materiales estratificados (laminados, materiales compuestos, cuerpos compuestos esponjados, construcciones de sándwich, sándwiches) . Los materiales estratificados son cuerpos moldeados que están constituidos por una capa de cubrición situada en el exterior y un material del núcleo situado en el interior. Como capas de cubrición se utilizan materiales que pueden absorber fuerzas de tracción uniaxiales o multiaxiales extremadamente elevadas. Ejemplos son tejidos de fibras de vidrio y de carbono, o también planchas de aluminio que son fijadas sobre el material del núcleo con resinas adhesivas. Como materiales del núcleo se emplean preferiblemente materiales con densidades bajas, típicamente en el intervalo de 30 kg/m3 y 200 kg/m3.

Espumas isótropas de este tipo están en condiciones de absorber fuerzas de empuje en todas las direcciones en el espacio. Es ventajosa la fácil aptitud de mecanización que puede tener lugar con las herramientas y máquinas habituales en el caso de la madera. Además de ello, determinadas espumas duras tales como, por ejemplo, ROHACELL® se pueden modificar térmicamente. Una ventaja considerable de las espumas duras de poros cerrados es que no puede penetrar resina alguna, lo cual aumentaría el peso total.

En el documento DE2726260 se describe la producción de espumas de PMI que presentan extraordinarias propiedades mecánicas, también a temperaturas elevadas. La producción de las espumas tiene lugar en un procedimiento de colada, es decir, los monómeros y los aditivos necesarios se mezclan y se polimerizan en una cámara. El polimerizado se espuma en una segunda etapa mediante calentamiento. Sin embargo, estos materiales estándares no muestran un alargamiento de rotura particularmente elevado.

Espumas de PMI mecánicamente estables que están reticuladas con metacrilato de alilo se encuentran en el documento EP 356 714. También estas espumas muy sólidas muestran un alargamiento de rotura sólo muy bajo. Lo mismo se cumple para las espumas de PMI iónicamente reticuladas con sales de metales, dadas a conocer en el documento JP 2006 045532.

Un sector particular del desarrollo de los últimos años lo representan las espumas de poros finos a base de PMI. Éstas se describen, por ejemplo, en el documento EP 532023. El procedimiento descrito en el mismo presenta, sin embargo, diversos inconvenientes agravantes. Las espumas resultantes, exentas de reticulantes, tienen sólo una estabilidad de forma al calor muy baja y un mal comportamiento plástico.

Espumas de poros finos con reticulantes son asimismo conocidas y se encuentran en el documento EP 1 678 244. Estos materiales de poros finos pueden presentar un alargamiento de rotura de hasta 5, 5%. Es posible alcanzar una porosidad fina mediante una variación de agentes propulsores o mediante la adición de agentes nucleantes insolubles. Materiales de poros finos pueden producirse mediante el uso de agentes nucleantes insolubles, pero estos últimos requieren el uso de agentes de anti-deposición lo cual conlleva un coste incrementado en la producción. Sin embargo, en conjunto, no se describen espumas de poros finos con resistencias de rotura mayores que 5, 5%.

La única solución conocida del problema de un alargamiento de rotura demasiado bajo se alcanzó por parte del producto ROHACELL® FX. El efecto plastificante se determinó en este producto mediante una absorción de agua incrementada, condicionada por la agregación del aditivo. Sin embargo, por otra parte, espumas de PMI con un elevado contenido en agua muestran propiedades mecánicas o bien termo-mecánicas claramente empeoradas.

En el documento CN 100420702 se describen espumas de PMI a base de acrilonitrilo. Éstas muestran ciertamente, por una parte, buenos valores de resistencia a la rotura, pero al mismo tiempo propiedades termo-mecánicas ligeramente reducidas frente a los materiales estándares.

Misión Misión de la presente invención era, por lo tanto, encontrar formulaciones para la producción de espumas de PMI con una resistencia a la rotura particularmente elevada. Las espumas han de presentar, además de ello, propiedades termo-mecánicas igual de buenas o incluso mejoradas frente a las de espumas de PMI conocidas.

Misión era, en particular, habilitar espumas de PMI con alargamientos de rotura mayores que 6, 0%, de manera muy particular mayores que 9, 0%.

Además de ello, era misión de la presente invención habilitar espumas de PMI con una formación de grietas reducida. Esta formación de grietas reducida ha de garantizarse, ante todo, en un intervalo de temperaturas entre 60º C y 200º C.

Solución Los problemas se resolvieron mediante un nuevo procedimiento para la producción de polimerizados reticulados, esponjables, en particular de espumas de PMI, en el que el polimerizado contiene ácido (met) acrílico, (met) acrilonitrilo y un diéster del ácido (met) acrílico de un diol que presenta un peso molecular de al menos 250 g/mol.

En particular, la mezcla para la producción del polimerizado en el procedimiento de acuerdo con la invención se compone de al menos 30 a 70% en peso de ácido (met) acrílico, 30 a 60% en peso de (met) acrilonitrilo, 0, 01 a 15% en peso de diéster del ácido (met) acrílico de un diol que presenta un peso molecular de al menos 250 g/mol, 0, 01 a 15% en peso de agente propulsor y 0, 01 a 2, 0% en peso de iniciadores de la polimerización.

La formulación ácido (met) acrílico representa ácido metacrílico, ácido acrílico o mezclas de ambos. La formulación (met) acrilonitrilo representa metacrilonitrilo, acrilonitrilo o mezclas de ambos. Lo correspondiente es válido para una formulación tal como (met) acrilato de alquilo. Ésta representa los ésteres alquílicos del ácido metacrílico, del ácido acrílico o mezclas de ambos.

En el caso del diol a partir del cual se forma el diéster del ácido (met) acrílico, se trata de un poliéterdiol, un poliésterdiol, un telequelo de oligo (met) acrilato OH-funcional o un poliolefina diol, preferiblemente se trata de un poliéterdiol. Los diésteres del ácido (met) acrílico pueden prepararse a partir de los dioles a través de procedimientos conocidos tales como transesterificación con ésteres del ácido (met) acrílico o esterificación con ácido (met) acrílico o haluros del ácido (met) acrílico.

Los dioles tienen un peso molecular mínimo de 250 g/mol, preferiblemente de 400 g/mol. El peso molecular máximo de los dioles asciende a 5000 g/mol, preferiblemente a 2000 g/mol y de manera particularmente preferida a 1500 g/mol.

En el caso de los poliéter dioles se puede tratar de poli (óxido de etileno) , poli (óxido de propileno) , poli (óxido de metileno) o politetrahidrofurano.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de polimerizados reticulados, esponjables, caracterizado por que el polimerizado contiene ácido (met) acrílico, (met) acrilonitrilo y un diéster del ácido (met) acrílico de un diol que 5 presenta un peso molecular de al menos 250 g/mol.

2. Procedimiento para la producción de polimerizados reticulados, esponjables, según la reivindicación 1, caracterizado por que se polimeriza en masa para formar una plancha una mezcla a base de (A.

3. 70% en peso de ácido (met) acrílico, 30-60% en peso de (met) acrilonitrilo, 0-35% en peso de otros monómeros vinílicamente insaturados, (B) 0, 01-15% en peso de un diéster del ácido (met) acrílico de un diol que presenta un peso molecular de al menos 250 g/mol, 15 (C) 0, 01-15% en peso de agente propulsor,

(D) 0, 01-10% en peso de otro reticulante,

(E) 0, 01 a 2, 0% en peso de iniciadores de la polimerización y

(F) 0 a 20% en peso de aditivos habituales.

3. Procedimiento para la producción de polimerizados reticulados, esponjables, según la reivindicación 2, caracterizado por que en el caso del diol se trata de un poliéterdiol, un poliésterdiol, un telequelo de oligo (met) acrilato OH-funcional o un poliolefina diol, preferiblemente se trata de un poliéterdiol.

4. Procedimiento para la producción de polimerizados reticulados, esponjables, según la reivindicación 2 ó 3, 25 caracterizado por que se polimeriza en masa para formar una plancha una mezcla a base de (A) 30-70% en peso de ácido (met) acrílico.

3. 60% en peso de (met) acrilonitrilo, 0-30% en peso de otros monómeros vinílicamente insaturados, (B) 0, 01-15% en peso de un diéster del ácido (met) acrílico de un diol que presenta un peso molecular entre 250 y 1500 g/mol,

(C) 0, 01-15% en peso de agente propulsor,

(D) 0-10% en peso de otro reticulante,

(E) 0, 01 a 2, 0% en peso de iniciadores de la polimerización y 35 (F) 0 a 20% en peso de aditivos habituales.

5. Procedimiento para la producción de polimerizados reticulados, esponjables, caracterizado por que una plancha, producida según la reivindicación 4, se regula eventualmente en temperatura y, a continuación, se espuma a temperaturas de 150 a 250º C.

6. Espuma de poli (met) acrilimida, caracterizada por que se obtiene mediante espumación de los polimerizados producidos según el procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4.

7. Espuma de poli (met) acrilimida según la reivindicación 6, caracterizada por que la espuma presenta un

alargamiento de rotura, determinado mediante ensayos de tracción conforme a la norma IS.

52. 2, mayor que 7, 0%, de manera muy particular, mayor que 9, 0%.

8. Material estratificado, que contiene una capa de una espuma de poli (met) acrilimida según la reivindicación 6 ó

7. 50

9. Tubo, altavoz, antena, mesa de rayos X, pieza de máquina, vehículo automóvil, vehículo sobre carriles, vehículo acuático, vehículo aéreo, vehículo aeroespacial, caracterizado por que se compone en parte de una espuma de poli (met) acrilimida según al menos una de las reivindicaciones 6 a 8.