ES2254185T3

ES2254185T3 - Procedimiento para producir espumas de poliolefina espumada fisicamente y espumas de aislamiento preparadas con ellas.

Info

Publication number: ES2254185T3
Application number: ES00937381T
Authority: ES
Inventors: Emanuel Joseph Herman Marie Van Der Ven; Hendrik Willem Bout; Humphrey Reginald De Bell; Cornelis Henricus Johannes Maas; Gerrit-Jan Baars
Original assignee: Thermaflex International Holding BV
Current assignee: Thermaflex International Holding BV
Priority date: 2000-06-06
Filing date: 2000-06-06
Publication date: 2006-06-16
Anticipated expiration: 2020-06-06
Also published as: US20080311377A1; TWI273018B; CN1273279C; EP1289727A1; DE60024497D1; JP4937484B2; DE60024497T2; PL195152B1; AU5256100A; ATE311279T1; JP2003535211A; EP1289727B1; WO2001094092A1; DK1289727T3; CN1454136A; UA74582C2; PL359342A1

Abstract

Un procedimiento para producir una espuma de poliolefina que tiene una resistencia a temperaturas más altas y que comprende polipropileno y/o polietileno y opcionalmente una o más de otras poliolefinas y/o uno o más aditivos de espuma de plástico que comprende las etapas de a) mezclar y reblandecer una poliolefina que tiene un intervalo de masa fundida según se mide por medio de calorimetría diferencial de barrido a una velocidad de calentamiento de 10ºC/min, dentro del intervalo de 95 a 170ºC o una mezcla de una o más de tales poliolefinas y opcionalmente otras poliolefinas y/o aditivos, para formar una mezcla homogénea que consiste en una única fase y que tiene una temperatura de masa fundida según se mide por medio de calorimetría diferencial de barrido a una velocidad de calentamiento de 10ºC/min, de 120 a 160ºC, b) alimentar la mezcla homogénea obtenida en la etapa a) en una extrusora y calentar dicha mezcla en una primera parte de la extrusora a una temperatura eficaz para reblandecerla mezcla, c) mezclar la mezcla de masa fundida obtenida en b) en una segunda parte de la extrusora a una presión aumentada, con un agente espumante que comprende una sustancia que es líquida a la temperatura y presión en la extrusora, pero que se evapora a una caída de presión, d) enfriar la mezcla de masa fundida formada en c) a tal temperatura para transferir la mezcla de masa fundida desde una fase líquida a una semi-cristalina, y e) extruir la mezcla enfriada formada en d) a través de la boquilla de la extrusora, así que la mezcla extruída se expande por evaporación del agente espumante para formar la espuma de poliolefina, y posteriormente enfriar además dicha espuma a temperatura ambiente.

Description

Procedimiento para producir espumas de poliolefina espumada físicamente y espumas de aislamiento preparadas con ellas.

El presente invento se refiere a un procedimiento para producir espumas de poliolefina espumadas físicamente que tienen una resistencia a temperaturas más altas y en particular, a espumas de poliolefina que son resistentes a temperaturas hasta 160ºC. El invento se refiere además a espumas aislantes producidas usando este procedimiento.

Las espumas de poliolefina son generalmente conocidas y se usan para un gran número de aplicaciones, véase por ejemplo, David B. Todd, Plastic Compounding, Equipment and Processing, Hanser Publishers, Münich, 1998 y Friedhelm Hensen, Plastics Extrusion Technology, Hanser Publishers, Münich, 1998.

Un procedimiento convencional para producir espumas de poliolefina comprende reblandecer la poliolefina y los aditivos opcionales en una extrusora, añadiendo a alta presión un agente espumante físico tal como un gas inerte o un líquido inerte a la masa fundida en la extrusora y extruyendo la masa fundida en la extrusora y extruyendo la masa fundida a través de la boquilla de la extrusora, después de lo cual debido a la expansión del gas o evaporación del líquido a la presión más baja fuera de la extrusora, el material se expande para formar una espuma.

La memoria descriptiva del documento de patente de EE.UU. 5.817.705 describe un procedimiento para producir una espuma de polímero de propileno de células cerradas, que comprende alimentar una resina de polímero de propileno en una extrusora, añadiendo un agente nucleante a la alimentación de la resina, plastificando la mezcla en una extrusora para formar una masa fundida polimérica, incorporando al menos un agente espumante seleccionado entre agentes espumantes orgánicos, agentes espumantes inorgánicos y mezclas de los mismos en la masa fundida polimérica, para formar una composición espumable, mezclando uniformemente dicha composición espumable y enfriando dicha composición a una temperatura eficaz para la expansión de la espuma de polímero de propileno de baja densidad, y extruyendo o expulsando la composición espumable a través de la boquilla a una velocidad suficientemente alta para formar una espuma de resina polimérica de propileno de células cerradas con un Índice de Espumabilidad superior a 1,9 y un Tiempo de Ebullición menor que
2,1 x 10^{-4} segundos.

El documento de patente de EE.UU. 5.817.705 describe que para la producción de una espuma de polímero de propileno de células cerradas por medio de procedimientos convencionales con la ayuda de una agente espumante físico, se requiere usar un polipropileno que tiene una alta resistencia de masa fundida (HMS-PP). Los polímeros de propileno convencionales son altamente cristalinos y tienen una pobre resistencia de masa fundida. Además de las características reológicas de la masa fundida, la velocidad de extrusión es también un factor importante en la producción de espuma. Usando el procedimiento del documento de patente de EE.UU. 5.817.705, es posible producir espumas de polímero de propileno de baja densidad, de sección transversal gruesa, que tienen combinaciones de tamaños de células y densidades de espuma que hasta ahora, se han presentado como no factibles en la técnica.

Como ejemplos de agentes espumantes, se mencionan agentes espumantes inorgánicos tales como argón, dióxido de carbono, agua y nitrógeno y agentes espumantes orgánicos tales como alcanos e hidrocarburos parcialmente fluorados.

Las espumas de olefina conocidas no son resistentes a temperaturas más altas, es decir, temperaturas de alrededor de 105ºC o más altas, así que dichas espumas no son adecuadas por ejemplo, para uso como material aislante para tuberías de vapor y agua ca-
liente.

Se conocen espumas que tienen una resistencia a temperaturas más altas, tal como elastómeros espumados usando compuestos AZO y espumas de poliuretano, pero dichos materiales tienen algunas desventajas sobre las poliolefinas. Por ejemplo, tales materiales pueden procesarse y reciclarse con menos facilidad que las olefinas.

Por lo tanto, hay una necesidad de espumas resistentes a temperaturas más altas que pueden prepararse a partir de materiales reciclables.

Se ha encontrado ahora que es posible producir tal espuma usando un procedimiento en el que primero una mezcla homogénea que comprende una o más poliolefinas, seleccionadas entre polipropilenos y polietilenos y se produce un agente espumante físico y que tiene un intervalo de masa fundida según se mide por medio de calorimetría diferencial de barrido, dentro del intervalo de 120 a 160ºC, que posteriormente y opcionalmente después del enfriamiento y granulación, se extruye.

El invento proporciona un procedimiento para producir una espuma de poliolefina que tiene una resistencia a temperaturas más altas y que comprende un polipropileno y/o polietileno y opcionalmente una o más de otras poliolefinas y/o uno o más aditivos de espuma de plástico, que comprende las eta-
pas de

a): mezclar y reblandecer una poliolefina que tiene un intervalo de masa fundida según se mide por medio de calorimetría diferencial de barrido a una velocidad de calentamiento de 10ºC/min, dentro del intervalo de 95 a 170ºC o una mezcla de una o más de tales poliolefinas y opcionalmente otras poliolefinas y/o aditivos para formar una mezcla homogénea que consiste en una única fase y que tiene una temperatura de masa fundida según se mide por medio de calorimetría diferencial de barrido a una velocidad de calentamiento de 10ºC/min, de 120 a 160ºC,

b): alimentar la mezcla homogénea obtenida en la etapa a) en una extrusora y calentar dicha mezcla en una primera parte de la extrusora a una temperatura eficaz para reblandecer la mezcla,

c): mezclar la mezcla de masa fundida obtenida en b) en una segunda parte de la extrusora a una presión aumentada con un agente espumante que comprende una sustancia que es líquida a la temperatura y presión en la extrusora, pero que se evapora con una caída de la presión,

d): enfriar la mezcla de masa fundida formada en c) a tal temperatura para transferir la mezcla de masa fundida desde una fase líquida a una semi-cristalina, y

e): extruir la mezcla enfriada formada en d) a través de la boquilla de la extrusora, así que la mezcla extruída se expande por evaporación del agente espumante para formar la espuma de poliolefina y posteriormente enfriar además dicha espuma a temperatura ambiente.

Las espumas producidas usando el procedimiento del invento tienen una resistencia a la temperatura dentro del intervalo de 120 a 160ºC dependen del contenido y del tipo de poliolefinas usadas. Las espumas son particularmente adecuadas para uso como aislante, por ejemplo, en los campos del aire acondicionado partido, tuberías de vapor de alta y baja presión, calefacción urbana, recuperación de energía solar y procesos industriales.

Las espumas se procesan mejor que los materiales convencionales para estas aplicaciones tales como por ejemplo, lana de roca y espuma de poliuretano. Las espumas son ecológicamente válidas y pueden reciclarse muy bien.

El procedimiento del invento puede realizarse con aparatos convencionales sin ninguna adaptación de dicho aparato.

El intervalo de masa fundida de las poliolefinas se mide por medio de calorimetría diferencial de barrido (DSC) con una velocidad de calentamiento de 10ºC/min.

Las poliolefinas usadas que tienen un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 95 a 170ºC tienen en general un valor de MFI, según se mide a 190ºC, no superior de 8,5 g/10 min.

El término "poliolefina" como se ha usado en este contexto, incluye homopolímeros y copolímeros. El polipropileno se refiere tanto a homopolímeros de propileno, como a copolímeros de propileno con otras olefinas. Las poliolefinas pueden modificarse, por ejemplo, por reticulación de grupos laterales.

Puede usarse como poliolefina que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 95 a 170ºC, por ejemplo, un polipropileno que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 140 a 170ºC o un polietileno que tiene un intervalo de masa fundida del 95 a 135ºC. Un ejemplo de tal polipropileno que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 140 a 170ºC es un polímero de HMS suministrado por Montell.

Las poliolefinas que tienen un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 95 a 170ºC pueden combinarse con una o más de otras poliolefinas. Ejemplos no limitantes de otras poliolefinas comprenden polietileno de baja densidad, polietileno de alta densidad, polipropileno y EVA.

Como agentes espumantes, puede usarse cualquier sustancia, que sea líquida a alta presión, en particular la presión usada en la extrusora para realizar el procedimiento, pero que se evapora a presión más baja. Ejemplos no limitantes del agente espumante incluyen alcanos que tienen de 3 a 8 átomos de carbono, tales como por ejemplo, propano, butano, isobutano y hexano.

Las poliolefinas pueden mezclarse con aditivos de espuma de poliolefina comunes. Ejemplos no limitantes de los mismos son pirorretardantes, colorantes, pigmentos, cargas, agentes nucleantes y estabilizadores. Los aditivos pueden añadirse en cualquier cantidad que no afecte a las propiedades de la espuma formada y se añaden preferentemente en una cantidad de 0 a 17% en peso de la mezcla, dependiendo de las propiedades deseadas de la espuma. Partes de los aditivos opcionales pueden mezclarse también con las poliolefinas en la extrusora.

Durante el mezclado, las poliolefinas y los aditivos opcionales para formar una mezcla homogénea en la etapa a) del procedimiento del invento, es importante que se libere esa pequeña energía de fricción. El mezclado puede realizarse en un tipo de mezcladora convencional, preferentemente una co-mezcladora. Durante el mezclado, la mezcla se reblandece a temperaturas de masa fundida dentro del intervalo de 120 a 200ºC. Normalmente, el calor desarrollado durante el amasado es suficiente para reblandecer la mezcla. Opcionalmente, la mezcla puede calentarse cuando empiece el amasado y después cuando se libere el calor de fricción, puede enfriarse dicha mezcla. El tiempo de permanencia en el mezclador debería ser corto, preferentemente menor que 6 minutos. La fase homogénea formada en el mezclador, cuando se mide el intervalo de masa fundida por medio de calorimetría diferencial (DSC) debería mostrar un pico en el diagrama de DSC a una temperatura de 120 a 160ºC. La formación de una mezcla de poliolefinas homogénea que muestra un pico en el diagrama DSC es esencial para obtener el efecto del invento, a saber, la producción de una espuma de poliolefina resistente a altas temperaturas. La sucesión de mezclado y reblandecimiento no es crítica. Las poliolefinas que tienen un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 95 a 170ºC y las otras poliolefinas opcionales pueden reblandecerse primero y mezclarse posteriormente con los aditivos. Alternativamente, todos los componentes pueden mezclarse primero y reblandecerse posteriormente. La mezcla homogénea resultante puede ser granulada bajo enfriamiento en una cabeza de granulación proporcionada en el
mezclador.

La mezcla homogénea formada en la etapa a) del procedimiento se reblandece posteriormente en una extrusora de espuma convencional, provista de una pluralidad de zonas de temperatura controladas individualmente. Un ejemplo de una extrusora adecuada es una extrusora de un solo husillo. El agente espumante se inyecta en la mezcla de masa fundida en la extrusora a una presión de 45 a 300 bar. Aguas abajo, el punto de inyección del agente espumante, se enfría la mezcla de masa fundida en la extrusora a tal temperatura para transferir la mezcla de masa fundida desde una fase líquida a una semi-cristalina. La transición de la fase líquida a la fase semi-cristalina se determina por medio de una determinación de densidad volumétrica y se caracteriza por una fuerte disminución de la densidad. La fase líquida tiene una densidad de más de 500 kg/m^{3}. La densidad de la fase semi-cristalina debería ser de 10 a 250 kg/m^{3}. La mezcla enfriada se extruye posteriormente a través de la boquilla de la extrusora, después de lo cual, el agente espumante se evapora para que se forme la espuma. La espuma se enfría posteriormente a temperatura
ambiente.

La espuma puede extruírse en cualquier forma convencional tal como elementos tubulares huecos y placas. La boquilla de la extrusora en general, tiene una sección transversal de 10 a 500 cm^{2}. La relación de expansión generalmente es un factor de
22 a 50.

La resistencia a la temperatura de las espumas depende de las poliolefinas usadas que tienen un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 95 a 170ºC. Las espumas aislantes producidas con un 40 a 95% en peso de polipropileno que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 140 a 170ºC, de 0 a 55% en peso de otras poliolefinas y hasta 12% en peso de extinguidores de fuego y opcionalmente otros aditivos, tienen una resistencia a la temperatura dentro del intervalo de 130 a 160ºC. Las espumas aislantes producidas con de 0 a 40% en peso de polipropileno que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 140 a 170ºC, de 55 a 95% en peso de oras poliolefinas, hasta 12% en peso de extinguidores de fuego y opcionalmente otros aditivos tienen una resistencia a la temperatura dentro del intervalo de 110 a 130ºC.

La resistencia a la temperatura de la espuma resultante puede determinarse también por medio de calorimetría diferencial de barrido.

Las espumas que tienen un alto contenido en polipropileno tienen la mejor resistencia a la temperatura pero son algo menos flexibles que las espumas que tienen un menor contenido en polipropileno. La flexibilidad de las espumas anteriormente mencionadas que contienen de 40 a 95% en peso de polipropileno que tienen un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 140 a 170ºC, en general tienen una flexibilidad de 0,10 N/mm^{2} al 20% de impresión, medida según DIN 53577, mientras que las espumas mencionadas anteriormente que contienen de 0 a 40% en peso de polipropileno que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 140 a 170ºC, en general tienen una flexibilidad de 0,06 N/mm^{2} al 20% de impresión, medida según DIN 53577.

Ejemplo

Los perfiles de aislamiento tubulares que tienen un diámetro interno de 18 mm y un espesor de pared de
9 mm, se produjeron primero produciendo una mezcla homogénea de 30 a 65% en peso de polietileno de baja densidad Elenac 2426 F como poliolefina que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 95 a 170ºC, de 30 a 65% en peso de polietileno de alta densidad Lupolen 4261 AG, de 5 a 10% en peso del extinguidor de fuego Saytex, de 0 a 3,0% en peso del aditivo de aislamiento Alu 7417 y de 0 a 2,0% en peso de agente colorante PB 1850H. Estas materias primas se mezclaron en un granulado en una co-mezcladora MDK 90 tipo BUSS. La temperatura de la zona de alimentación de la mezcladora se mantuvo a 100ºC. Los polietilenos se añadieron al primer punto de dosificación de la mezcladora. La mezcla homogénea se produjo en una cantidad de 300 a 500 kg/hora.

El granulado resultante se introdujo en una extrusora de un solo husillo que tiene una pluralidad de zonas de temperatura ajustables separadamente (denominadas por Thermaflex). Las zonas de reblandecimiento se ajustaron a temperaturas dentro del intervalo de 200 a 300ºC. Como agente nucleante se añadió talco Schullman TPE 50, de 0 a 3,0% en peso, basado en el peso total del granulado, y como aditivo espumante se añadió Loxamide S, de 0 a 5% en peso, basado en el peso total del granulado. En la mezcla de masa fundida, se inyectaron alrededor de 0,15 l/min de agente espumante alcano C_{3}-C_{8}. La mezcla se enfrió y se transfirió desde una fase líquida a una semi-cristalina. La presión de la masa en la extrusora era de 70 a 90 bar y la temperatura de la masa era de alrededor de 115 a 130ºC. La mezcla enfriada se expandió a una presión de la boquilla de la extrusora de alrededor de 20 a 30 bar en una espuma que tiene una densidad de 22 a 27 kg/m^{3}. El diagrama de DSC de la espuma mostró un solo pico de masa fundida de alrededor
de 128ºC.

Claims

1. Un procedimiento para producir una espuma de poliolefina que tiene una resistencia a temperaturas más altas y que comprende polipropileno y/o polietileno y opcionalmente una o más de otras poliolefinas y/o uno o más aditivos de espuma de plástico que comprende las etapas de

a): mezclar y reblandecer una poliolefina que tiene un intervalo de masa fundida según se mide por medio de calorimetría diferencial de barrido a una velocidad de calentamiento de 10ºC/min, dentro del intervalo de 95 a 170ºC o una mezcla de una o más de tales poliolefinas y opcionalmente otras poliolefinas y/o aditivos, para formar una mezcla homogénea que consiste en una única fase y que tiene una temperatura de masa fundida según se mide por medio de calorimetría diferencial de barrido a una velocidad de calentamiento de 10ºC/min, de 120 a 160ºC,

c): mezclar la mezcla de masa fundida obtenida en b) en una segunda parte de la extrusora a una presión aumentada, con un agente espumante que comprende una sustancia que es líquida a la temperatura y presión en la extrusora, pero que se evapora a una caída de presión,

e): extruir la mezcla enfriada formada en d) a través de la boquilla de la extrusora, así que la mezcla extruída se expande por evaporación del agente espumante para formar la espuma de poliolefina, y posteriormente enfriar además dicha espuma a temperatura ambiente.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que el mezclamiento de la etapa a) se realiza en una co-amasadora.

3. Un procedimiento según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que durante el reblandecimiento de la etapa a) la temperatura es de 120 a 200ºC.

4. Un procedimiento según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que se usa polipropileno que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 140 a 170ºC, como poliolefina que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 95 a 170ºC.

5. Un procedimiento según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que se usa polipropileno que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 140 a 170ºC, como poliolefina que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 95 a 170ºC y se usa polietileno como otra poliolefina.

6. Un procedimiento según las reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que se usa polietileno que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 95 a 135ºC, como poliolefina que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 95 a 170ºC y se usa polietileno como otra poliolefina.

7. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se usa como agente espumante, un alcano que tiene de 3 a 8 átomos de carbono.

8. Una espuma aislante que comprende

a) polipropileno y/o polietileno,

b) un extinguidor de fuego, y

c) opcionalmente una o más de otras poliolefinas y/o uno o más de otros aditivos de espuma de plástico, cuya espuma aislante se produce usando el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

9. Una espuma aislante según la reivindicación 8, que comprende de 40 a 95% en peso de polipropileno que tiene un intervalo de masa fundida dentro del intervalo de 140 a 170ºC, 0 a 55% en peso de otras poliolefinas y hasta 17% en peso de extinguidores de fuego y opcionalmente otros aditivos.

10. Una espuma de aislamiento según la reivindicación 8, que comprende de 0 a 40% en peso de polipropileno que tiene un intervalo de masa fundida en el intervalo de 140 a 170ºC, 55 a 95% en peso de otras poliolefinas, hasta 17% en peso de extinguidores de fuego y opcionalmente otros aditivos.